Đồ Án Đồ án công nghệ chưng cất dầu thô thiết kế nhà máy lọc dầu năng suất 6,7 triệu tấnnăm (thuyết minh

Tuy nhiên, quan điểm lý thuyết hữu cơ được chấp nhận nhiều hơn cả, vì nó giải thích phù hợp thành phần hóa học của dầu thô và cho thấy rõ ràng sự hìnhthành dầu thô gắn liền với các quá t

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ DẦU THÔ VÀ SẢN PHẨM 3

1.1 Tổng quan về dầu thô 3

1.1.1 Tổng quan 3

1.1.2 Thành phần hóa lý 4

1.1.3 Các đặc trưng hóa lý 4

1.2 Tổng quan về sản phẩm dầu mỏ 6

1.2.1 Các sản phẩm năng lượng 6

1.2.2 Các sản phẩm phi năng lượng 9

1.3 Nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu 11

1.4 Nhiệm vụ của đồ án và hướng giải quyết 13

CHƯƠNG 2 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO TỪNG PHÂN XƯỞNG 15

2.1 Phân xưởng chưng cất khí quyển 15

2.1.1 Tính phần trăm thể tích, phần trăm khối lượng cho các phân đoạn : 15

2.1.4 Hàm lượng S trong các phân đoạn (%S) 21

2.1.5 Nhiệt độ sôi trung bình thể tích các phân đoạn 23

2.1.6 Chỉ số Octan của xăng không pha chì: RON Clair 28

2.1.7 Hàm lượng hợp chất thơm 29

2.1.8 Khối lượng trung bình của phân đoạn PM 30

2.1.9 Độ nhớt 32

2.1.10 Áp suất hơi bão hòa Reid TVR 33

2.1.11 Điểm chớp cháy 33

2.1.13 Điểm chảy (Pour Point) 34

2.2 Phân xưởng chưng cất chân không 37

2.2.1 Tính cân bằng vật chất 37

2.2.2 Tỷ trọng và lưu lượng thể tích của phân đoạn 38

2.2.3 Nhiệt độ sôi trung bình thể tích của phân đoạn DSV 38

2.2.4 Các tính chất của phân đoạn 38

2.3 Phân xưởng giảm nhớt 40

2.4 Phân xưởng HDS 41

2.4.1 Tổng quan về phân xưởng HDS 42

2.4.2 Nguyên liệu 44

2.4.3 Tính toán lượng hydro tiêu thụ 45

2.4.4 Tính toán lượng khí và xăng thu được 47

2.4.5 Sản phẩm chính sau HDS 48

2.5 Phân xưởng cracking xúc tác 50

2.5.1 Tổng quan về phân xưởng FCC 50

2.5.2 Nguyên liệu 51

2.5.3 Tính cân bằng vật chất 52

2.5.4 Ổn định áp suất hơi bão hòa của xăng FCC 53

2.5.5 Bảng cân bằng chung FCC 54

2.6 Phân xưởng reforming xúc tác 55

2.6.1 Tổng quan về phân xưởng RC 55

2.6.2 Nguyên liệu 55

2.6.3 Tính cân bằng vật chất 56

2.7 Cân bằng vật chất chung cho nhà máy 57

CƯƠNG 3: PHỐI TRỘN SẢN PHẨM THƯƠNG PHẨM 58

3.1 Giới thiệu phương pháp 58

3.2 Các ràng buộc 60

3.3 Các bước tiến hành: 61

3.4 Phối trộn các sản phẩm 62

3.4.1 Propane thương mại và Butane thương mại 62

3.4.2 Xăng SUPER 95 63

3.4.3 Xăng 92 64

3.4.4 Nguyên liệu hóa dầu 66

3.4.5 Nhiên liệu phản lực Jet A1 66

3.4.6 Nhiên liệu Diesel 67

3.4.8 Dầu đốt dân dụng (FO N o 1) 69

3.4.9 Dầu đốt công nghiệp (FO N o 2) 70

CHƯƠNG 4 : CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG NHÀ MÁY 72

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT 76

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ DẦU THÔ VÀ SẢN PHẨM

I.1 Tổng quan về dầu thô

I.1.1 Tổng quan.

Dầu thô là loại nhiên liệu hóa thạch, được hình thành qua một quá trình biến đổi rấtlâu dài, cùng với những hoạt động kiến tạo và biến đổi hóa học dưới lòng đất hay lòng biển.Hiện còn tồn tại hai quan điểm lí giải nguồn gốc hình thành dầu thô : lý thuyết nguồn gốc vô

cơ và nguồn gốc hữu cơ Tuy nhiên, quan điểm lý thuyết hữu cơ được chấp nhận nhiều hơn

cả, vì nó giải thích phù hợp thành phần hóa học của dầu thô và cho thấy rõ ràng sự hìnhthành dầu thô gắn liền với các quá trình vận động địa chất

Dầu thô là một chất lỏng nhớt có màu thay đổi, từ xanh (như dầu Monie – Australia)đến nâu đen (dầu Ghawar – Saudi Arabia), có mùi của H2S, nhựa thông hay đơn giản củahydrocacbon Các tính chất đặc trưng của dầu thô thay đổi trong giới hạn rất rộng : chúngthay đổi theo từng mỏ và theo các vị trí khác nhau trong cùng một mỏ Dầu thô thường tồntại ở trạng thái lỏng ở điều kiện thường, gồm một lượng nhỏ các giọt nước lơ lửng ở trạngthái hệ phân tán keo Một số trường hợp ngoại lệ là dầu thô tồn tại ở trạng thái rắn ở nhiệt

độ thường như dầu Minas (Indonesia) hay dầu Bachaquero (Venuezela)

Để hiểu hơn về đặc điểm của loại nhiên liệu hóa thạch này, chúng ta hãy xem xéttổng quan về thành phần hóa lý và các đặc trưng cơ bản của nó

I.1.2 Thành phần hóa lý

Xét về thành phần nguyên tố, người ta nhận thấy rằng dầu thô được tạo thành chủyếu từ cacbon và hydro, ngoài ra còn một số nguyên tố được xem là dị tố như : S, N, O vàcác kim loại, chủ yếu là V và Ni Thành phần chung của các nguyên tố được cho ở bảngdưới đây :

Các tính chất đặc trưng của dầu thô có quan hệ mật thiết với thành phần hóa học của

nó Dầu thô là một hỗn hợp phức tạp của nhiều loại hydrocacbon và các hợp chất phi

hydrocacbon, bao gồm các hợp chất dị vòng, khoáng vô cơ, hợp chất hữu cơ đại phân tửnhư : nhựa, asphaltene Ba loại hydrocacbon đơn thuần cơ bản của dầu thô là : paraffine,naphtene, aromatic ; ngoài ra còn có các hydrocacbon lai hợp tạo nên từ ba họ hydrocacbontrên Mặt khác, các hợp chất phi hydrocacbon chứa các dị tố O, N, S, Me tuy chiếm mộtlượng rất nhỏ nhưng cũng quyết định tính chất và chất lượng của dầu thô Dựa vào thànhphần tương đối của các loại hydrocacbon mà người ta có thể phân chia tên các loại dầu thôtheo họ hydrocacbon chiếm chủ yếu, chẳng hạn như dầu parafinic, naphtenic, aromatic,hoặc loại lai hợp như napteno-parafinic, parafino-naphtenic,…Tuy nhiên, việc phân chianày chỉ cho phép tiên đoán tính chất của dầu thô, và vì tính phức tạp của nó mà người ta ítkhi phân loại theo phương pháp này.

I.1.3 Các đặc trưng hóa lý

Các đặc trưng hóa lý của dầu thô phụ thuộc chủ yếu vào thành phần nguyên tố và thành phần hóa học của nó Một vài đặc trưng cơ bản của dầu thô như sau :

 Tỷ trọng :

Đây là đặc trưng nổi bật nhất của dầu thô Tỷ trọng của dầu thô khác nhau trongcác mỏ khác nhau, và kể cả giữa vỉa này và vỉa khác của một mỏ Tỷ trọng của dầu thô càngnhỏ khi tỷ số H/C càng lớn Tỷ trọng của dầu thô có thể nằm trong khoảng từ 0,7 – 1 Việchiểu biết tỷ trọng của một loại dầu thô đóng vai trò quan trọng trong mua bán dầu thô vàđịnh hướng công nghệ chế biến, lưu trữ, vận chuyển

Tỷ trọng của dầu thô có thể được thể hiện bằng tỷ trọng d15/4, tỷ trọng tiêu chuẩn(Specific Gravity) hay độ API Công thức tính độ API theo tỷ trọng tiêu chuẩn như sau :

ο API= 141 ,5

S6060 −131 , 5

 Điểm vẩn đục và điểm chảy :

Khi dầu thô được đưa về trạng thái lạnh, người ta không quan sát thấy hiện tượngchuyển tiếp rõ nét từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn như một chất lỏng tinh khiết mà xảy

ra hiện tượng như sau : đầu tiên xuất hiện sự gia tăng về độ nhớt, sau đó nếu nhiệt độ tiếptục hạ xuống thì các tinh thể nhỏ bắt đầu xuất hiện Trong trường hợp dầu trong suốt, ta sẽquan sát được sự vẩn đục của đám mây Nhiệt độ vào thời điểm xuất hiện đám mây đó gọi

là nhiệt độ vẩn đục (Cloud Point) của dầu thô Nếu ta vẫn tiếp tục hạ nhiệt độ thì các tinhthể sẽ tiếp tục gia tăng kích thước, dầu trở nên đặc hơn và đến một lúc nào đó không cònkhả năng lưu chất nữa Nhiệt độ tại thời điểm dầu thô không còn khả năng lưu chất gọi làđiểm chảy (Pour point) Sự tạo thành các tinh thể trong dầu thô chủ yếu do các hợp chất n-paraffine dễ kết tinh khi hạ nhiệt độ

Điểm chảy của dầu thô thường nằm trong khoảng từ -30 đến 60oC Việc xác địnhđiểm vẩn đục và điểm chảy sẽ cho phép điều kiện vận hành, tồn chứa, vận chuyển, côngsuất bơm

 Độ nhớt :

Việc đo độ nhớt ở những nhiệt độ khác nhau rất quan trọng vì nó cho phép tínhtoán hao hụt nguyên liệu trong đường ống, hệ thống ống trong nhà máy lọc dầu, tính toáncông suất bơm và hệ thống trao đổi nhiệt

Sự biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ của các loại dầu thô không giống nhau Độ nhớtcủa dầu parafinic sẽ tăng nhanh khi hạ nhiệt độ Độ nhớt động học của dầu thô được xácđịnh bằng phép đo thời gian chảy của dầu trong một ống mao quản có độ dài biết trước nhânvới chỉ số nhớt kế, phụ thuộc vào từng loại nhớt kế khác nhau Đơn vị độ nhớt động học làcSt hay mm2/s

 Áp suất hơi và điểm chớp cháy :

Người ta đánh giá áp suất hơi của dầu thô theo phương pháp áp suất hơi Reid(RVP) Dầu thô khi ra khỏi giếng có áp suất hơi có thể đạt tới 20 bars, rất khó khăn cho điềukiện tồn chứa và vận chuyển Do đó, dầu thô phải được đưa qua thiết bị phân ly để tách mộtphần các cấu tử nhẹ trong dầu thô, giảm áp suất xuống còn 1 bar

Điểm chớp cháy có liên quan chặt chẽ đến áp suất hơi của dầu thô Nó quyết địnhđiều kiện làm việc, tồn trữ, vận chuyển và vận hành thiết bị Điểm chớp cháy càng thấpchứng tỏ hàm lượng hydrocacbon nhẹ trong dầu thô càng lớn

 Thành phần phân đoạn :

Biểu diễn thành phần phân đoạn của dầu thô bằng đường cong chưng cất TBP, đây

là đồ thị thể hiện phần trăm chưng cất được theo nhiệt độ Xác định được đường cong TBP

sẽ cho phép ta đánh giá hiệu suất thu hồi các phân đoạn sản phẩm, từ đó hoạch định năngsuất thu hồi theo từng loại dầu thô.

I.2 Tổng quan về sản phẩm dầu mỏ

Các sản phẩm của quá trình lọc dầu nói chung được chia thành 2 loại : các sản phẩm

sử dụng cho mục đích năng lượng và sản phẩm sử dụng cho mục đích phi năng lượng

I.2.1 Các sản phẩm năng lượng

I.2.1.1 Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG

Hiện nay, LPG được sử dụng cho 3 mục đích : làm chất đốt, nhiên liệu cho động cơ,

và là nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu Trong đó, vai trò chủ yếu của LPG vẫn là chấtđốt, chiếm tới 70%, và LPG là một chất đốt có chất lượng tốt, cháy gần như hoàn toàn, ít tạpchất và khí thải ô nhiễm Gần đây, LPG được phát hiện có chỉ số octane cao, nên nó đã,đang và sẽ được nghiên cứu làm nhiên liệu cho động cơ cháy cưỡng bức Nhược điểm chủyếu của nhiên liệu LPG là độ hóa hơi quá lớn và nhiệt trị cháy thể tích thấp hơn xăng vàdiesel

LPG được chia làm 2 loại sản phẩm : propane thương mại và butane thương mại ;được lưu trữ ở trạng thái lỏng dưới áp suất 13 bars, nhiệt độ môi trường Hai dạng sản phẩmnày khác nhau về thành phần cấu tử và tỷ trọng

Các nguồn sản xuất LPG chủ yếu trong nhà máy lọc dầu : phân đoạn khí đã tách C2

-từ phân xưởng chưng cất khí quyển, và phần khí thu được trong phân xưởng FCC giàu cáchydrocacbon C3, C4 loại olefine Ngoài ra, LPG còn thu được từ các quá trình crackingnhiệt, giảm nhớt, HDS,…

lượng trung bình, xăng tạo thành từ quá trình reforming với RON lớn, ngoài ra còn có xăngankylate, isomerate, xăng nhẹ từ phân xưởng chưng cất khí quyển Người ta có thể kết hợpthêm một số phụ gia nhằm mục đích nâng cao chất lượng của xăng hoặc cho quá trình tồnchứa, hoạt động của động cơ như : phụ gia tăng RON (phụ gia oxygene hay phụ gia cơkim), phụ gia ổn định chống oxy hóa…

I.2.1.3 Nhiên liệu phản lực

Nhiên liệu phản lực chủ yếu được lấy từ phân đoạn Kerosene của tháp chưng cấtkhí quyển, có khoảng nhiệt độ sôi từ 180 – 230oC Phân đoạn Kerosene được trích ra từtháp chưng cất khí quyển qua một stripper dùng thiết bị đun sôi lại Yêu cầu quan trọngnhất của loại nhiên liệu này là khả năng làm việc ở nhiệt độ thấp, liên quan đến điểm kếttinh (Freezing point) và hàm lượng nước có trong nhiên liệu

Nói chung, phân đoạn Kerosene đi ra từ tháp chưng cất khí quyển có chất lượngđáp ứng tiêu chuẩn của nhiên liệu Jet A1 Hiệu suất thu hồi phân đoạn này phụ thuộc vàođiểm cắt và bản chất của dầu thô, nhưng thường hiệu suất này lớn hơn so với nhu cầu thịtrường Ngoài ra, các phân đoạn trung bình thu được từ quá trình Hydrocracking cũng rấtthích hợp cho việc phối trộn nhiên liệu phản lực

Để đảm bảo cho quá trình hoạt động tốt của động cơ, người ta còn thêm vào một

số phụ gia như : phụ gia chống oxy hóa, phụ gia tĩnh điện, phụ gia chống ăn mòn, phụ giachống đông,…

I.2.1.4 Nhiên liệu diesel

Diesel là loại nhiên liệu nặng hơn xăng và nhiên liệu phản lực, dùng cho động cơcháy kích nổ Hỗn hợp nhiên liệu và không khí tự bốc cháy khi bị nén dưới áp suất cao.Loại động cơ này tương đối phổ biến và đa dạng chủng loại, từ các loại xe đặc biệt, xechuyên dụng đến các loại phương tiện tải trọng lớn nhỏ khác nhau như ô tô, tàu thủy, tàuhỏa,…

Một số đặc trưng quan trọng của nhiên liệu diesel như : độ nhớt, khả năng làmviệc ở nhiệt độ thấp, chỉ số cetane, hàm lượng lưu huỳnh Trong các yêu cầu trên, khảnăng làm việc ở nhiệt độ thấp và độ nhớt được chú ý hơn cả, vì chỉ số cetane là yêu cầu dễ

đạt được mà không phải qua các quá trình chuyển hóa phức tạp Cụ thể hơn, khi phối trộngasoil cần chú ý đến các tính chất như : điểm vẩn đục, điểm chảy, độ nhớt,…

Trong nhà máy lọc dầu, diesel được phối trộn từ nhiều nguồn khác nhau như :

 Phân đoạn gasoil của quá trình chưng cất khí quyển Hiệu suất thu hồi cũng nhưtính chất của phân đoạn này phụ thuôc vào điểm cắt và bản chất của dầu thô Tùy thuộc vàolượng phối trộn và hàm lượng S đòi hỏi trong diesel mà có thể xử lý lưu huỳnh một phầnhay hoàn toàn các phân đoạn gasoil từ tháp chưng cất khí quyển

 Phân đoạn gasoil thu được từ quá trình FCC (LCO – Light Cycle Oil), phânđoạn này có hạn chế là chỉ số cetane rất thấp, khoảng 20, hàm lượng aromatic và lưu huỳnhlớn Có thể nâng cao chất lượng của phân đoạn này bằng quá trình xử lý hydro, giảm hàmlượng S, Aromatic, tăng chỉ số cetane Tuy nhiên, quá trình này không thay đổi lớn chấtlượng của LCO, do đó nó được phối trộn hạn chế vào diesel và định hướng phối trộn chodầu đốt dân dụng

 Phân đoạn gasoil từ quá trình hydrocracking có chất lượng rất tốt Tuy nhiên,quá trình này vẫn còn sử dụng hạn chế do chi phí quá lớn

 Ngoài ra có thể phối trộn một lượng nhỏ gasoil từ quá trình giảm nhớt hoặclượng Kerosene còn dư sau khi phối trộn nhiên liệu phản lực

I.2.1.5 Dầu đốt dân dụng

Hiện nay, nhu cầu về sản phẩm này đang dần bị thu hẹp lại do sự phát triển củanăng lượng hạt nhân, năng lượng điện và nguồn khí tự nhiên Tuy nhiên, cho đến nay, nóvẫn còn đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống ; đặc biệt ở các nước châu Âu, loại sảnphẩm này chủ yếu dùng trong các lò sưởi

So với Diesel, yêu cầu về tiêu chuẩn của FOD ít khắc khe hơn nhiều Do đó, việcphối trộn nó không gặp nhiều khó khăn

I.2.1.6 Dầu đốt công nghiệp

Loại nhiên liệu này chủ yếu áp dụng cho các quá trình đốt cháy trong công nghiệp(nhà máy điện, lò đốt…), và một phần có thể cung cấp cho các tàu thủy công suất lớn, sửdụng động cơ diesel Ứng dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel của dầu đốt công nghiệp

ngày càng giảm, trong khi đó nhu cầu áp dụng cho các lĩnh vực như : lò đốt của các nhàmáy xi măng, sấy và chế biến thực phẩm vẫn đóng vai trò quan trọng và khó thay thế

Trong nhà máy lọc dầu, dầu đốt công nghiệp được phối trộn từ các nguồn khácnhau như : cặn mazut, cặn giảm nhớt, cặn chưng cất chân không, LCO, HCO,…

Các ràng buộc đối với loại nhiên liệu này ngày càng khắc khe hơn, chủ yếu là hàmlượng S và độ nhớt Do vậy, việc lựa chọn các nguồn phối liệu cơ sở đóng vai trò nhất định :LCO và HCO có độ nhớt nhỏ hơn nhiều so với các nguồn phối liệu là cặn, cặn chưng cấtchân không và cặn giảm nhớt lại có hàm lượng S khá cao

I.2.2 Các sản phẩm phi năng lượng

I.2.2.1 Dung môi hydrocacbon

Các dung môi hydrocacbon là các phân đoạn dầu mỏ tương đối nhẹ, nằm trongkhoảng từ C4 đến C14 với ứng dụng đa dạng từ công nghiệp cho đến nông nghiệp Người ta

sử dụng đặc tính bốc hơi nhanh và phân chia dung môi hydrocacbon theo nhiệt độ sôi

 Xăng đặc biệt : phân bố trong khoảng 30 đến 205oC

 White-spirits : 135 – 205oC, hàm lượng aromatic thấp, chủ yếu dùng làm dungmôi pha sơn

 Lamp oils : từ C10 đến C14, khoảng sôi từ 160 – 300oC, chủ yếu làm dungmôi cho các loại mực in

 Các sản phẩm aromatic tinh khiết (BTX) : làm dung môi cho keo dán, nguyênliệu sản xuất thuốc trừ sâu, làm môi trường cho phản ứng polymer hóa,…

 Các tính chất cần thiết cho dung môi hydrocacbon như :

 Độ bốc hơi : đặc trưng bằng đường cong chưng cất hay áp suất hơi, ảnh hưởngđến thời gian sấy khô sản phẩm

 Độ hòa tan : dung môi phải có độ hòa tan chọn lọc

 Độ tinh khiết : cần phải kiểm tra nồng độ các chất hòa tan như các hợp chấtcủa lưu huỳnh, olefine, aromatic,…

 Mùi : không khó chịu

 An toàn và tính độc : liên quan đến nguy cơ cháy nổ, có thể đánh giá bằngđiểm chớp cháy, và hàm lượng benzene có trong dung môi

I.2.2.2 Naphtha

Naphta là một nhóm đặc biệt của dung môi hydrocacbon, có đặc tính bốc hơitương tự như White-spirits Đây là sản phẩm cơ bản của công nghiệp hóa dầu, được sử dụngchủ yếu cho quá trình cracking hơi, sản xuất các olefine có giá trị cao như propylene,butene Không có tiêu chuẩn chính thức cho loại sản phẩm này mà chỉ có tiêu chuẩn thươngmại được thỏa thuận theo hợp đồng

Có hai yêu cầu cơ bản đối với naphta :

 Thành phần : diễn tả qua đường cong chưng cất, có thể đi kèm với tỷ trọng và

I.2.2.4 Sáp và paraffine

Trong quá trình sản xuất dầu gốc khoáng, phần n-paraffine loại trừ ra được chiathành 2 loại : paraffine thu được từ distilate nhẹ, còn cire thu được từ distilate nặng và trungbình

Các sản phẩm này có đặc tính hoàn toàn không chứa hydrocacbon thơm, chúngthường được dùng để sản xuất bao bì thực phẩm, nến, mỹ phẩm, xi…

I.2.2.5 Bitume

Đây là loại sản phẩm dễ kết dính, gồm các loại sau :

 Bitume nguyên chất thu trực tiếp từ quá trình lọc dầu

kerosene có chất lượng thấp, có tác dụng làm giảm độ nhớt của bitume

 Bitume pha loãng : hỗn hợp với một loại dầu có độ nhớt thấp, thông thường làdầu than đá hay dầu có nguồn gốc dầu mỏ Sản phẩm này thường có độ nhớt caohơn bitume lỏng.

Bitume thường được sử dụng để làm đường giao thông, làm tấm lợp, bọc ống,cách điện, cách âm,…

I.3 Nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu

Dầu thô khi khai thác lên có giá trị sử dụng rất hạn chế, do đó, nó phải trải qua các quátrình chế biến trong nhà máy lọc dầu, để tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt hơn, giá trị

sử dụng cao hơn Quá trình chế biến này có thể được chia thành 2 loại : các quá trình lọctách vật lý và quá trình chuyển hóa hóa học

Các quá trình lọc tách vật lý (chưng cất, trích ly, hấp phụ,…) và các quá trình chuyểnhóa hóa học (các quá trình biến đổi cấu trúc hóa học của hydrocacbon) luôn luôn kết hợpluân phiên trong nhà máy lọc dầu, nhằm biến đổi dầu thô thành các sản phẩm có chất lượng.Các quá trình lọc tách vật lý có vai trò phân tách dầu thô thành các sản phẩm trung gianhoặc phân tách một bán sản phẩm trung gian, làm nguyên liệu cho các quá trình chuyển hóa.Ngược lại, các quá trình chuyển hóa hóa học có vai trò quan trọng trong việc tạo ra các sảnphẩm chất lượng hoặc tăng hiệu suất chuyển hóa các phân đoạn nặng thành các phân đoạnnhẹ hơn Trong các quá trình chuyển hóa, quá trình FCC cung cấp một nguồn phối liệu xăng

cơ sở chủ yếu, quá trình reforming xúc tác (CR), ankyl hóa, isome hóa, ether hóa tạo ranguồn phối liệu xăng có chất lượng tốt : trị số octane cao và hàm lượng lưu huỳnh thấp.Ngoài ra, các quá trình chuyển hóa như cracking nhiệt, giảm nhớt, cốc hóa làm tăng giá trị

sử dụng của các phân đoạn cặn, bẻ gãy các phân tử hydrocacbon mạch dài thành cáchydrocacbon mạch ngắn hơn Quá trình hydrocracking có tác dụng tạo ra phân đoạn trungbình có chất lượng tốt để phối trộn nhiên liệu điesel với chỉ số cetane cao Các quá trìnhchuyển hóa như CR, ankyl hóa, isome hóa,…có thể có hoặc không tùy vào năng lực củamỗi nhà máy

Xét sơ đồ công nghệ của nhà máy lọc dầu Dung Quất để hiểu rõ hơn những điểmchung của các quy trình công nghệ trong nhà máy lọc dầu :

I.4 Nhiệm vụ của đồ án và hướng giải quyết

Nguồn nguyên liệu là dầu thô Arabe nhẹ Các số liệu ban đầu là Assay dầu thô, chấtlượng và yêu cầu của từng loại sản phẩm cùng với nhu cầu thị trường được cho sẵn Nhiệm

vụ của đồ án là phân bố lưu lượng từng loại sản phẩm, tính toán phối trộn từng sản phẩm

phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng, đồng thời tính toán tối ưu về năng lượng cung cấp chonhà máy và chi phí đầu tư thiết bị, từ đó rút ra một sơ đồ công nghệ tối ưu cho nhà máy.Các phân xưởng có mặt trong nhà máy :

 Phân xưởng chưng cất khí quyển xử lý nguồn nguyên liệu dầu thô

 Phân xưởng chưng cất chân không xử lý hoàn toàn hay một phần nguyên liệu cặnchưng cất khí quyển, nhằm thu được 2 loại sản phẩm làm nguyên liệu cho phân xưởng tiếptheo : phần cất chân không nhằm làm nguyên liệu cho phân xưởng cracking xúc tác FCC,phần cặn chưng cất chân không làm nguyên liệu cho phân xưởng giảm nhớt và sản xuấtbitume

Phân xưởng FCC xử lý phần cất chân không

 Phân xưởng reforming xúc tác với nguồn nguyên liệu là xăng nặng chưng cất khíquyển và xăng giảm nhớt

phối liệu chủ yếu phối trộn dầu đốt công nghiệp

 Phân xưởng HDS nhằm tách loại lưu huỳnh các nguồn phối liệu cơ sở như gasoilnhẹ, gasoil nặng hoặc khử S cho các bán sản phẩm làm nguyên liệu cho quá trình xử lý tiếptheo, nhằm đảm bảo tiêu chuẩn về hàm lượng S cho sản phẩm thương phẩm

CHƯƠNG 2 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO TỪNG PHÂN XƯỞNG

Trong phần này, chúng ta tính cân bằng vật chất cho mỗi phân xưởng theo năng suất tối đa, và tính toán tính chất của các phân đoạn sản phẩm.

2.1 Phân xưởng chưng cất khí quyển

Đây là phân xưởng xử lý một lượng nguyên liệu lớn nhất trong nhà máy, là toàn

bộ nguôn dầu thô khai thác lên, và đây là quá trình lọc tách sơ bộ đầu tiên nhằm phân tách dầu thô thành các phân đoạn theo nhiệt độ sôi : khí (GAZ), xăng nhẹ (GAS), xăng nặng (BZN), kerosene (KER), gasoil nhẹ (LGO), gasoil nặng (HGO) và cặn chưng cất khí quyển (RA) Các phân đoạn này có thể được dùng để phối liệu sản phẩm thương phẩm hoặc làm nguyên liệu cho các quá trình xử lý tiếp theo.

Nguồn nguyên liệu là dầu thô trước khi vào tháp chưng cất khí quyển phải trải qua quá trình tiền xử lý để tách muối, nước và các tạp chất cơ học, ngoài ra còn đi qua các hệ thống thu hồi nhiệt của các dòng sản phẩm ra khỏi tháp và đi vào lò đốt.

2.1.1 Tính phần trăm thể tích, phần trăm khối lượng cho các phân đoạn :

Điểm cắt phân đoạn của các phân đoán sản phẩm được cho ở bảng sau :

70

70 - 180

180 - 230

230 - 310

310 -

Từ điểm sôi đầu và cuối của mỗi phân đoạn trong bảng trên, bằng phương pháp nội suy, ta tính được phần trăm chưng cất (theo phần trăm khối lượng và thể tích) tại điểm cắt xác định Sau đó tính phần trăm thể tích và khối lượng của mỗi phân đoạn Các giá trị về % thể tích (%V) và % khối lượng (%m) từng phân đoạn được tính theo công thức :

%m = % mTf - % mTi

%VTi và % mTi là % thể tích và khối lượng ứng với điểm sôi đầu.

Các quy tắc nội suy được áp dụng :

ARABIAN LIGHT DATA có :

Bảng 1 :Khoảng thể tích và phần trăm thể tích các phân đoạn thu được (%V)

42.66- 100

2.1.2 Tính tỷ trọng cho từng phân đoạn.

Từ phần trăm khối lượng được tính ở trên, tra bảng Assay dầu thô, tra được giá trị của tỷ trọng.

Tỷ trọng của mỗi phân đoạn được tính theo phương pháp cộng tính thể tích :

Dựa vào Assay dầu ARABIAN LIGHT ta có :

Từ hiệu suất thu khối lượng xăng nhẹ là 3.64%, tra đồ thị quan hệ giữa hiệu

Ta được : d15/4 (GAS) = 0,647

dầu ARABIAN LIGHT.

Từ hiệu suất tổng thu xăng nhẹ và xăng nặng là 19,29% khối lượng, tra đồ thị

Từ đó bằng phương pháp cộng tính thể tích tính được tỷ trọng của phân đoạn xăng nặng :

Từ hiệu suất tổng thu GAS, BZN và KER là 27% khối lượng, tra đồ thị quan

Từ đó bằng phương pháp cộng tính thể tích tính được tỷ trọng của phân đoạn kerosene : d15

4(KER) = 0,793

Tương tự như phương pháp tính đối với KER và BZN.

Ta có:

Tính được: d15

4(LGO) = 0,847

Tương tự như phương pháp tính đối với KER và LGO Ta có:

2.1.3 Tính cân bằng vật chất cho phân xưởng.

Tính lưu lượng khối lượng và lưu lượng thể tích của các phân đoạn :

Năng suất của nhà máy : F = 7600 (kt/năm)

Lưu lượng khối lượng mỗi phân đoạn được tính từ phần trăm khối lượng ứng với

Từ tỷ trọng tính được, ta tính lưu lượng thể tích của mỗi phân đoạn theo công thức : Vi = mi/di

Kết quả tính toán cho ở bảng sau :

Khối lượng xăng nhẹ GAS :

= 3.64* 7600 = 276.64

Tính được thể tích xăng nhẹ GAS:

VGAS = m GAS

d415 = 276.640.647 = 427.57 Tính toán tương tự cho các phân đoạn khác ta được:

Bảng 3 : Tóm tắt cân bằng vật chất phân xưởng chương cất khí quyển

RA 44.52 3383.27 39.67 3527.91 0,959

TOTAL

2.1.4 Hàm lượng S trong các phân đoạn (%S)

Hàm lượng S trong mỗi phân đoạn được tính theo phương pháp cộng tính khối lượng: S∑.m∑= ∑ Si.mi

Do đó:

S

∑S i m i m

∑S i %m i

%m

∑Tính toán chi tiết cho từng phân đoạn như sau :

Xem như hàm lượng S trong phân đoạn khí là vô cùng nhỏ Từ giản đồ quan hệ giữa hiệu suất thu xăng và %S, ta tra được %S cho phân đoạn xăng nhẹ :

%mGAS = 3.64 % suy ra %SGAS = 0,024 %m (tra đồ thị d15/4 và % S của dầu ARABIAN LIGHT )

 Phân đoạn KER :

Tính tương tự như xăng nặng BZN.

Ta có %m∑ KER = 27 % Tra đồ thị ta đượ,c %S∑KER = 0.053

Hàm lượng S trong LGO và HGO được tính theo cộng tính khối lượng :

Tính cho phân đoạn LGO, tính tương tự như trên

%S (LGO) =% m ∑ LGO % s ∑ LGO−% m ∑ KER % s ∑ KER

% m LGO = 41,16.0,288−27.0,05314,16 = 0,736

Hàm lượng S trong LGO và HGO được tính theo cộng tính khối lượng : Tính cho phân đoạn HGO, tính tương tự như trên

%S (HGO) =% m ∑ LGO % s ∑ LGO−%m ∑ KER % s ∑ KER

2.1.5 Nhiệt độ sôi trung bình thể tích các phân đoạn

Tính Tmav theo công thức: Tmav = Tv + ΔTTv

T10+2T50+T90

4

ΔTTv là độ chênh lệch hiệu chỉnh tra theo độ dốc S (Slope) và giá trị Tv

Các giá trị T10, T50 và T90 là nhiệt độ tương ứng với 10, 50, 90% chưng cất trên đường ASTM;

Độ dốc S =

T70−T10

60

bằng cách lấy 2 giá trị điểm đầu và điểm cuối của phân đoạn trên đường TBP dầu thô dời về 2 giá trị IP (0%) và FP (100%) trên đường TBP phân đoạn Ví dụ tính cho phân đoạn GAS như sau:

100%, từ đó suy ra các giá trị nằm giữa Ta có bảng sau:

, %vol

Tương tự cho các phân đoạn tiếp theo Ta có bảng sau:

Bảng 6 : Chuyển đổi từ TBP dầu thô sang TBP phân đoạn

đoạn, bằng cách sử dụng công thức chuyển đổi Riazi – Daubert:

T ASTM=a (T TBP+273 ,15 ) b−273 ,15Trong đó: TASTM và TTBP tính bằng oC; các hệ số thực nghiệm a, b như sau:

Tra bảng 4.16a – tr 165- TECHNIC I

Kết quả tính được tổng hợp trong bảng sau:

 Phân đoạn GAS.

Dùng công thức biến đổi trên, ta được.

Tương tự cho các phân đoạn khác ta được bảng sau.

Bảng 7 : Chuyển đổi từ TBP phân đoạn sang ASTM phân đoạn

Tính Tmav theo công thức: Tmav = Tv + ΔTTv

hơn 100 oC thì xem như ΔTTv = 0

 Phân đoạn GAS.

Độ dốc của phân đoạn slope S = t70−t10

Tv = t10+2 t50+t90

4 =50,6+2.43,83+58,594 =49,08 oC <100 oC Nên ta cho ΔTTv = 0

Vậy Tmav = Tv + ΔTTv = 49,08 oC

Độ dốc của phân đoạn slope S = t70−t10

Độ dốc của phân đoạn slope S = t70−t10

Độ dốc của phân đoạn slope S = t70−t10

Tv = t10+2 t50+t90

4 =250,30+2.267,82+288,634 =268,64oC >100 oC

Nên ta tra đồ thị với đường cong ASTM theo độ dốc và giá trị Tv, cho ΔTTv = 4.00

Vậy Tmav = Tv + ΔTTv = 268,64 +4.00 = 272,64 oC

Độ dốc của phân đoạn slope S = t70−t10

Độ dốc của phân đoạn slope S = t70−t10

2.1.6 Chỉ số Octan của xăng không pha chì: RON Clair

Chỉ số Octan được xác định cộng tính theo thể tích.

- Phân đoạn GAS

Xác định theo giản đồ ESSENCES DEBUTANISEES T.V.R et % AROMATIQUES

Bảng 9: Hàm lượng hợp chất thơm trong các phân đoạn.

2.1.8 Khối lượng trung bình của phân đoạn PM

Sử dụng giản đồ 15/35(ESSENCES DEBUTANISEES P.M et NO ARABIAN LIGHT), ta có thể tra được khối lượng phân tử trung bình của các phân đọan nhẹ như sau:

- Với phân đoạn GAS: tra theo %m (%m GAS = 3.64) ta được:

Khối lượng trung bình của phân đoạn được tính theo công thức 4.13 Trang 98 T1 - Petrole Brut.

Bảng 10 : Khối lượng trung bình các phân đoạn.

Tính độ nhớt tại 100oF và 210oF theo công thức (4.11/97 – [3]) và (4.12/97– [3]):

w + 3,2629.10 -4 A2 1,18246Kw.A +

Tb là nhiệt độ sôi trung bình thể tích của phân đoạn (K)

Bảng 11 : Độ nhớt của các phân đoạn

Giá trị này được xác định theo giản đồ phụ thuộc giữa hiệu suất thu phân đoạn (%m) và TVR Giá trị áp suất hơi bão hòa thực TVV = R.TVR, với R là hằng số được tra theo TVR.

TVR bằng 0,8 bar Khi đó: TVV = R.TVR = 1,06.0,8 = 0,848 (bars)

Xác định theo phương pháp cộng tính phần mol Với năng suất tổng của GAS

Bảng 12: Điểm chớp cháy cho các phân đoạn.

Trong đó: ρ là khối lượng riêng ở 15oC (kg/l)

T50 là nhiệt độ ứng với 50% chưng cất trên đường ASTM D86, oC

Bảng 13 : Chỉ số cetane của phân đoạn KER, LGO, HGO

2.1.13 Điểm chảy (Pour Point)

Điểm chảy của phân đoạn KER được tính theo công thức (4.113/132 – [3]):

PP=130 , 47 S 2, 971 M(0, 612−0 , 474 S ) ν100(0 , 31−0 , 333S )

Với: S là tỷ trọng tiêu chuẩn

M là khối lượng phân tử trung bình của phân đoạn, g/mol

PPHGO = 3,55 oC

Bảng 14: Điểm chảy các phân đoạn

BẢNG TỔNG KẾT TÍNH CHẤT CÁC PHÂN ĐOẠN.

2.2 Phân xưởng chưng cất chân không

2.2.1 Tính cân bằng vật chất

Tùy thuộc điều kiện vận hành của tháp chưng cất chân không, điểm cắt của phần cấtchân không và cặn chưng cất chân không có thể điều chỉnh được Ở đây, ta lấy điểm cắtbằng 550oC Dựa vào Assay dầu thô, ta lập được bảng sau:

đi phối trộn các sản phẩm về sau và làm nhiên liệu cho nhà máy là 550 kt/năm

Khi đó: x= 3383,27−550

Lượng RA được xử lý tại phân xưởng VDU: 3383,27 – 550 = 2833,27 (kt/năm)

Bảng đặc điểm nguyên liệu cho phân xưởng VDU:

Khối lượng RA ban đầu, kt/năm 3383,27

2.2.2 Tỷ trọng và lưu lượng thể tích của phân đoạn

Ta tính tỷ trọng của DSV theo phương pháp cộng tính thể tích, dựa vào Assay dầuthô (bảng phụ lục I), ta tính được d15/4 DSV = 0,922

2.2.3 Nhiệt độ sôi trung bình thể tích của phân đoạn DSV

Tương tự như phương pháp tính nhiệt độ sôi trung bình thể tích cho các phân đoạn ởphân xưởng CDU, ta tính Tmav của phân đoạn DSV theo 3 bước: chuyển đổi từ TBP dầu thôsang TBP phân đoạn DSV, chuyển TBP phân đoạn DSV sang ASTM phân đoạn bằng côngthức Riazi – Daubert, cuối cùng tính Tv theo công thức:

T v=T10+2T50+T90

Kết quả tính toán được cho ở bảng sau: