đồ án isome hóa của nhà máy dung quất

DANH MỤC HÌNH ẢNHHình 1.1 Vị trí phân xưởng Isomer trong nhà máy lọc dầuHình 1.2 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của phản ứng đồng phân hóa Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ Isome hóa Hình 2.1 Sơ đồ tổ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

-

-GVHD: ThS Lê Thị Thu Dung

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

-

-LỜI CẢM ƠN

Đồ án chuyên ngành là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập,nghiên cứu của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các quý thầy cô Sau hơn mộttháng làm việc, em đã hoàn thành đề tài này Thành quả đạt được hôm nay là do

sự nỗ lực của bản thân dưới sự hướng dẫn giúp đỡ động viên tận tâm của quýthầy cô, của bố mẹ cũng như các anh chị em, bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại Học Bà Rịa VũngTàu đã truyền đạt kiến thức cơ bản và giúp đỡ chúng em trong những năm họcvừa qua, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Hóa Học và CNTP Trên hết em xinbày tỏ lòng biết ơn chân thành đến cô Lê Thu Dung đã hướng dẫn đề tài và tậntình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án chuyên ngành này

Sau cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn là điểm tựa, nguồn độngviên giúp em vượt qua nhiều khó khăn trong thời gian qua

Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè của em những lờichúc tốt đẹp nhất

Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên nhữngthiếu sót là điều khó tránh khỏi Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy

cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

DANH MỤC HÌNH ẢNHHình 1.1 Vị trí phân xưởng Isomer trong nhà máy lọc dầu

Hình 1.2 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của phản ứng đồng phân hóa

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ Isome hóa

Hình 2.1 Sơ đồ tổng thể vị trí nhà máy lọc dầu Dung Quất

Hình 2.2 Sơ đồ các phân xưởng công nghệ

Hình 2.3 Sự tạo thành Zeolite A,X(Y) từ các SBU

Hình 2.4 Một đơn vị cấu trúc Zeolite A cùng với vị trí cation đối (I, II, III) và

hệ thống kênh

Hình 2.5 Cấu tạo tháp hấp phụ

DANH MỤC BIỂU BẢNGBảng 1.1 Điều kiện vận hành và RON của sản phẩm khi sử dụng các loại xúc tác khác nhau

Bảng 1.2 Dạng nguyên liệu và sản phẩm octan

Bảng 2.1 Đường kính mao quản của một sô zeolit

Bảng 2.2 Một số Zeolite được sử dụng trong công nghiệp

Bảng 2.3 Đường kính mao quản của một sô zeolite cụ thể

LỜI MỞ ĐẦU



Việt Nam là quốc gia may mắn được thiên nhiên ưu đãi, ban tặng chonguồn tài nguyên quý giá là dầu mỏ Chỉ tính riêng năm 1994, thu nhập từ dầukhí đã gần 1 tỷ USD bằng một phần ba tổng kim ngạch xuất khẩu của cả nước.Trong giai đoạn phát triển với nhịp điệu tăng trưởng cao, dầu khí sẽ đóng mộtvai trò vô cùng quan trọng góp phần hình thành nên nhiều ngành kinh tế và kỹthuật khác ra đời và phát triển như: năng lượng, công nghiệp nhiên liệu, côngnghiệp hàng tiêu dùng và nhiều ngành công nghiệp đa dạng khác

Nhằm đáp ứng được xu thế phát triển công nghệ chế biến dầu mỏ nhằmđáp ứng sự đa dạng trong sản phẩm và tận dụng được nguồn tài nguyên, chínhphủ và nhà nước đã tập trung xây dựng nhiều dự án mang tính quy mô và chiếnlược trong lĩnh vực dầu khí Sự ra đời của nhà máy lọc dầu Dung Quất là mộtđiển hình hứa hẹn một sức bật mạnh mẽ cho công nghiệp dầu khí và đảm bảo về

an toàn năng lượng, một vấn đề được quan tâm nhất đối với kinh tế nhiều quốcgia và cũng như đối với Việt Nam chúng ta

Trong chức năng và nhiệm vụ của mình, nhà máy sẽ cung cấp cho thịtrường các sản phẩm: LPG, Xăng 90/92/95, Nhiên liệu phản lực, Dầu Diesel,FO Một trong những sản phẩm chiếm thị phần phân phối rất lớn, có mặt khắpmọi nơi và cũng đang là nhu cầu bức thiết của xã hội hiện nay đó là xăng có chỉ

số octan cao và ít ô nhiễm môi trường để thay thế cho xăng Mogas 83 chấtlượng thấp Chất lượng cho xăng thương phẩm sẽ được cải thiện rất nhiều nhờhai phân xưởng RC và đồng phân hóa Trong đó, phân xưởng đồng phân hóa vớinăng suất 6500 thùng/ngày bằng công nghệ PENEX-DIH của UOP vừa đảm bảotăng RON cho xăng nhưng lại ít tạo các hợp chất thơm độc hại như phân xưởng

RC Trong tương lai gần phân xưởng Đồng phân hóa càng có vai trò quan trọng

và là phân xưởng không thể thiếu trong các nhà máy lọc dầu trong tương lai

Với tình hình trên, đề tài đã tiến hành: ‘‘Nghiên cứu và thiết kế phân xưởng đồng phân hóa (Isome hóa) của nhà máy lọc dầu Dung Quất’’ với mục

tiêu:

- Tìm hiểu công nghệ phân xưởng Isome hóa với xúc tác

- Tính toán thiết kế tháp phản ứng Isome hóa

Nguồn dầu khí trên thế giới phân bố không đều, trong đó chủ yếu dầu mỏtập trung ở khu vực Trung Đông 63,3%, châu âu và châu á chiếm 9,2%, trung

mỹ và nam mỹ chiếm 8,9%

Giá các loại năng lượng không ổn định, đặc biệt là giá dầu thường thayđổi theo biến động của chính trị thế giới Trong năm 2004 giá dầu tăng từ25USD/thùng đến 50USD/thùng Những tháng đầu năm 2006 giá dầu tăng đến70USD/thùng

1.1.2 Tình hình dầu mỏ Việt Nam

Năm 2003, tổng sản lượng sản xuất đạt khoảng 35,1 triệu tấn dầu, trong

đó dầu thô đạt 17,53 triệu tấn

Sản xuất năng lượng có tốc độ tăng bình quân giai đoạn 1991-2003 là13,14 %/năm, trong đó khai thác dầu tăng 16,5%

Cơ cấu năng lượng sản xuất năm 2003, dầu mỏ chiếm tỷ trọng lớn nhất

485, tiếp đến là than 31,5%, thủy điện 13% và khí đốt tăng 7,5%

Năm 2003, Việt Nam xuất khẩu 17,2 triệu tấn dầu thô, trên 7 triệu tấnthan Giá trị xuất khẩu năng lượng đạt khoảng 4 tỷ USD, tăng 16,5% so với năm

2002 và bằng 17,3% kim ngạch xuất khẩu của cả nước

1.2 Phân xưởng isomer hóa

1.2.1 Giới thiệu về quá trình đồng phân hóa

Quá trình đồng phân hoá phân đoạn C5 – C6 để sản xuất trực tiếp xăngisomerat Quá trình đồng phân hóa chuyển n-paraffin thành i-paraffin có IO caohơn và có độ nhạy thấp

Quá trình đồng phân hoá paraffin nhẹ gồm hai phần:

- Đồng phân hoá n-C4 thành i-C4 : nguyên liệu cho quá trình alkyl hóa

- Đồng phân hoá phân đoạn C5- C6 : sản xuất xăng isomerat để phối trộnvào xăng

Ngoài ra còn có quá trình đồng phân hóa nC4=  iC4= nguyên liệu cho quátrình sản xuất MTBE

1.2.2 Vị trí của phân xưởng trong nhà máy lọc dầu

Hình 1.3: Vị trí của phân xương isomer trong nhà máy lọc dầu

Phân xưởng Isome hóa là 1 trong 3 phân xưởng chính của cụm 1A trongnhà máy Cụm 1A bao gồm phân xưởng Naphtha HydroTreater (NHT), phânxưởng Continuous Catalytic Reformer (CCR), và Isome (ISOM) Dòng naphtha

từ CDU được đưa đến phân xưởng NHT, tại đây Naphtha được xử lý bằng hydro

sử dụng thiết bị phản ứng một tầng xúc tác cố định để khử các tạp chất lưuhuỳnh, Nitơ có trong FRN từ phân xưởng CDU, chuẩn bị nguyên liệu cho phânxưởng ISOM và CCR Naphtha sau khi được xử lý sẽ đi vào tháp phân tách(Naphtha Splitter) cho ra hai sản phẩm:

- Light Naphtha đưa sang phân xưởng Isome hóa Unit – ISOM

- Heavy Naphtha đưa sang phân xưởng Reforming Unit – CCR

Phân đoạn naphtha nhẹ C5,C6 có trị số octan không đủ cao, RON nằmtrong khoảng 60-70 , vì nC5 chiếm 40-60 % trong tổng số nC5 , nC6 chiếm 25-

40 % trong số nC6 còn trong số iC5 và iC6 thì phần lớn là hydrocacbon mộtnhánh Hàm lượng các hydrocacbon naphten và aromatic trong chúng thường rất

bé, chỉ một vài ba phần trăm Do đó cần phải làm tăng ON của chúng bằng cáchđồng phân hóa các hydrocacbon đó thành hydrocacbon nhiều mạch nhánh vớiRON > 90

1.2.3 Nguyên liệu

Phân đoạn C5-C6 thu được từ quá trình chưng cất trực tiếp dầu thô hoặc từquá trình RC Trong trường hợp RC, xăng reformat thu được sẽ phân tách thành

2 phân đoạn:

 Reformat nặng chứa C7+ làm cấu tử pha xăng

 Reformat nhẹ chủ yếu là benzene sau khi được hydro hóa (có thểphối trộn với phân đoạn C5 – C6 thu được từ CDU) làm nguyên liệucho quá trình isomer hóa

Trong trường hợp tổng quát, điểm cắt của chưng cất nguyên liệu được duytrì ở 70-800C để tránh sự có mặt của benzen, cyclohexane và hydrocacbon C7+.Bởi lẽ sự có mặt của thành phần này trong nguyên liệu của phân xưởng Đồngphân hóa sẽ dẫn đến giảm hiệu suất của quá trình

1.2.4 Các phản ứng của quá trình

1.2.4.1 Các phản ứng chính

Phản ứng isome hóa xảy ra theo cơ chế cacbocation trên xúc tác axit Trướckia xúc tác AlCl3 ít nhiều được tăng cường tính axit bởi HCl ,H2SO4 được dungphổ biến Phản ứng xảy ra trong pha lỏng , ở nhiệt độ dưới 120 0C khi có mặtmột lượng khí H2 bằng áp suất 20-60 atm Lượng khí H2 1-6 % mol nguyên liệu

có tác dụng chống các phản ứng phụ Nhược điểm của chất xúc tác loại này là ănmòn thiết bị dự dội và tính chọn lọc kém, cụ thể là gây ra các phản ứng Cracking

ở mức độ đáng kể

Phản ứng xảy ra trong tầng xúc tác cố định, chứa kim loại hiếm và thànhphần cung cấp tính axit Phản ứng xảy ra trong môi trường hydro vàpercloroethylen như một chất hoạt hóa xúc tác, được phun vào với nguyên liệuvới khoảng phần trăm của 150 phần trên phần triệu trọng lượng Xúc tác yêu cầuphải khô, hàm lượng sulfua thấp trong nguyên liệu Quá trình hydrocrakingthành các khí nhẹ nói chung ít xảy ra

1.2.4.2 Các phản ứng phụ

CH3

89.3 RON 84 RON

Phản ứng đồng phân hoá là phản ứng thuận nghịch tỏa nhiệt ít (ΔH = 4 ÷

-20 kJ/mol) Đây là một phản ứng không biến thiên số mol và không ảnh hưởngbởi sự biến thiên áp suất Cân bằng nhiệt động học thể hiện trong sơ đồ:

Hình 1.4: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của phản ứng đồng phân hóa

Dựa vào giản đồ ta thấy rằng quá trình isome hóa xảy ra ở nhiệt độ càngthấp càng tốt Do đó cần phải giảm nhiệt độ đến mức thấp nhất có thể để thuđược lượng sản phẩm isomerat có chứa nhiều cấu tử RON cao.

1.2.7 Xúc tác

1.2.7.1 Quá trình phát triển của xúc tác

Xúc tác của quá trình phải mang tính axit để xúc tiến cho sự hình thànhcacbocation, tồn tại ở giai đoạn trung gian

Bốn loại xúc tác được phát triển liên tiếp kể từ năm 1933, các nhà nghiêncứu đã chỉ ra rằng hexane và heptane có thể bị đồng phân hoá bởi AlCl3, đây làxúc tác đầu tiên của quá trình đồng phân hoá

- Loại 1: Xúc tác Friedel Crafts, thể hiện độ hoạt động cao ở nhiệt độ thấp(80- 1000C) Tuy nhiên xúc tác này khó ứng dụng vì nó nhạy với tạp chất trongnguyên liệu và phát sinh sự ăn mòn

- Loại 2 (năm 1950): Xúc tác hai chức kim loại/chất mang, chủ yếu làPt/Al2O3, gần giống xúc tác của quá trình RC Xúc tác này ứng dụng đơn giản,vấn đề ăn mòn bị loại bỏ, vấn đề nhạy với chất ngộ độc xúc tác ít mãnh liệt, tăngthời gian sống Tuy nhiên, nó làm việc ở nhiệt độ cao: 350-5000C, dẫn đến hạnchế về nhiệt động học của quá trình chuyển hoá

- Loại 3: Xúc tác này cũng là xúc tác hai chức kim loại/chất mang nhưngtăng tính axit bằng clo (halogen) trên chất mang Al2O3 Nó cho phép đạt đượchoạt tính cao ở nhiệt độ làm việc gần giống quá trình xúc tác Friedel Crafts (80 –

1500C) Nó rất nhạy với chất gây ngộ độc, đặc biệt với nước Ngoài ra, nó còngây ra quá trình ăn mòn Sự ăn mòn này chủ yếu là do bơm hợp chất chứa Cloliên tục vào nguyên liệu để duy trì hoạt tính của xúc tác Do đó, chất xúc tác nàyrất khó ứng dụng

- Loại 4 : Xúc tác Zeolithe, hai chức, cho phép làm việc ở nhiệt độ trungbình: 250 – 2600C Chất xúc tác này có những điểm thuận lợi là dễ ứng dụng vàchống ngộ độc xúc tác (thậm chí nó có thể chống ngộ độc đối với lưu huỳnh vànước) Do đó, phân xưởng không cần quá trình tiền xử lý nguyên liệu

Mỗi loại xúc tác thể hiện quá trình phát triển trong công nghiệp Chỉ thực

sự ứng dụng trong công nghiệp xúc tác loại 3 và loại 4

3 2

ZrO / SO / Pt 100 LPI

chlore O

Al / Pt

Mordenite /

Al Pt A IS

prechlorer O

Al Pt A IS

situ in chlorer O

Al Pt IS

Mordenite Pt

IP

3 2

3 2

3 2

/ 614

/ 612

/ 612

/ 632

AXENS-AKZO ATIS-2L Pt/Chlorinated Alumina

*Đặc điểm:

Xúc tác thể hiện dưới hình dạng viên bi có thể bền với các tác dụng cơ học,gồm khoảng 0,2 – 0,3 % Pt

Hàm lượng Cl trong xúc tác Pt/Al2O3 (Cl) từ 5-10%

Trong trường hợp xúc tác hai chức (xúc tác zéolitique) thì Pt vừa tham giatrực tiếp vào cơ chế phản ứng, vừa là tác nhân tẩy rửa bề mặt do quá trình tạocốc bám trên xúc tác

Trong trường hợp xúc tác đơn chức, Pt đóng vai trò chủ yếu là tác nhân khửcốc

Xúc tác [Pt/Al2O3 (Cl)] rất nhạy với chất độc và với sự có mặt của nước(tách loại Cl) và chất hữu cơ chứa nitơ (trung hoà các tâm axit) Hàm lượng củachúng trong nguyên liệu phải dưới 0,1 ppm

1.2.7.3 So sánh các loại xúc tác

Đặc điểm của các loại xúc tác được sử dụng hiện nay:

- Xúc tác [Pt/Al2O3 (Cl)] nhạy với chất gây ngộ độc, đặc biệt là nước vàchất hữu cơ chứa nitơ (trung hoà tâm axit) và lưu huỳnh Nước và hợp chất chứaNitơ là những chất gây ngộ độc vĩnh cữu, yêu cầu hàm lượng của chúng trongnguyên liệu phải thấp hơn 0,1ppm Lưu huỳnh là chất gây ngộ độc thuận nghịch,

hàm lượng yêu cầu trong nguyên liệu giới hạn ở 5 ppm Do đó cần phải có quátrình xử lý bằng hydro ở nhiệt độ thấp để loại bỏ các chất gây ngộ độc xúc tác.

- Xúc tác zeolit bền với chất gây ngộ độc Nó ít bị ngộ độc bởi một hàmlượng lớn lưu huỳnh và nước Chỉ có hợp chất hữu cơ chứa nitơ có khả năngtrung hoà tính axit của xúc tác sẽ dẫn đến ngộ độc tức thời

- Xúc tác Pt/SO42-/ZrO2 (UOP) có hoạt tính cao hơn xúc tác zeolit nhưngthấp hơn Pt/Al2O3 (Cl) Nó bền với chất gây độc, độ ổn định cao, không cần táchnước cho nguyên liệu và dòng hydro, không cần xử lý S cho nguyên liệu khihàm lượng thấp và có khả năng tái sinh dễ dàng Hoạt tính cao hơn, vận hành ởnhiệt độ thấp hơn, tuổi thọ xúc tác lớn hơn

Rây phân tử SAPO 5 :

- Rây phân tử aluminophotphat được phát hiện đầu tiên vào đầu nhữngnăm 1980 Song cho đến nay những dạng thay thế đồng hình của chúng vẫnđang được quan tâm Khi thay thế những nguyên tử Al,P trong AlPO4 bằng Sitạo được SAPO Vật liệu này có khả năng trao đổi ion và có tính axit bề mặt.Tuy vậy các tính chất này còn phụ thuộc vào hàm lượng Si trong khung vàSAPO như một xúc tác axit

- Rây phân tử SAPO – 5 mang kim loại Pt có thể làm xúc tác tốt cho quátrình đồng phân hoá n- hexan Đường kính phân tử lớn của rây phân tử này tạođiều kiện thuận lợi cho đồng phân mạch nhánh tạo thành Hàm lượng Pt tối ưu

tìm được là 0,6% về trọng lượng so với SAPO – 5 Khi tăng hàm lượng Si trong

SAPO – 5 thì độ chuyển hoá tăng, nhưng khi hàm lượng Si trong khung vượtquá 10% thì tỷ lệ đồng phân hoá trên cracking giảm Nhiệt độ thường dùng chophản ứng đồng phân hoá trên xúc tác này là 300 đến 3500C

- Phản ứng đồng phân hoá thường được tiến hành trên axit hai chức năng.Trong đó tâm hydro hoá (pha kim loại) tạo hợp chất trung gian olefin và tâmaxit trên chất mang tạo ion cacbenium để cuối cùng hình thành sản phẩm đồngphân hoặc sản phẩm cracking

- Với nhiều xúc tác thường tỷ lệ đồng phân/cracking giảm khi nhiệt độtăng Còn đối với chất mang SAPO – 5 thì ngược lại, tỷ lệ đồng phân/cracking

tăng từ 250 đến 3500C sau đó giảm dần Như vậy, xúc tác Pt/SAPO – 5 thuộcloại xúc tác đồng phân hoá ở nhiệt độ trung bình Điều này do số lượng tâm và

độ mạnh axit trung bình gây ra

- Khi tăng tốc độ khí hydro, tức làm giảm thời gian tiếp xúc của nguyênliệu với xúc tác thì độ chuyển hoá giảm nhưng tỷ lệ đồng phân/cracking tăng

Có thể khi tốc độ dòng cao, thời gian tiếp xúc thấp thì thời gian lưu của HC trênxúc tác ngắn nên phản ứng phụ ít xảy ra Còn nếu giảm hàm lượng hydro vàtăng hàm lượng Nitơ trong khí mang để tốc độ dòng không đổi thì độ chuyểnhoá tăng nhưng tỷ lệ đồng phân/cracking giảm do giảm tỷ lệ hydro thì quá trìnhcracking tăng

- Hình thành isoparaffin bằng sự chuyển hóa hydrua :

•Với xúc tác zeolithe có tính axit yếu: thể hiện cơ chế đa chức năng kimloại/axit Ban đầu, olefin tạo thành do quá trình khử hydro của paraffin trênplatin Sau đó cacbocation được hình thành bởi sự proton hoá những olefin trêntâm axit

- Hình thành n- olefin:

- Hình thành cacbocation:

- Sắp xếp lại cacbocation bậc hai thành cacbocation bậc ba

- Hình thành iso-oleffin:

Hai phản ứng phụ cơ bản là phản ứng cracking và phản ứng tạo cốc Tỷ lệcủa chúng phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ tâm kim loại trên tâm axit n-Pt/n-A Có 3trường hợp xảy ra:

•Khi tỷ lệ n-Pt/n-A cao (n-Pt/n-A > 0,15) : xúc tác được xem là lý tưởngcho quá trình đồng phân hoá Trong trường hợp này, các olefin trung gian chỉthực hiện một quá trình chuyển hóa trong suốt quá trình dịch chuyển giữa 2 tâmliên kết Khả năng gặp các olefin khác với các tâm acide để thực hiện các phảnứng cracking và tạo cốc là rất khó gặp giữa 2 tâm kim loại gần nhau, dẫn đếncác phản ứng cracking và tạo cốc bị hạn chế Các tâm axit chỉ dùng cho phảnứng đồng phân hoá n-Olefin thành i-Olefin qua trung gian các ion cacbonium

•Khi tỷ lệ n-Pt/n-A thấp (n-Pt/n-A < 0,03), các olefin sẽ bị chuyển hóa 1hoặc nhiều lần với các tâm acide trước khi gặp 1 tâm kim loại Sản phẩm đơnnhánh, đa nhánh và sản phẩm cracking là các sản phẩm đầu tiên của phản ứng,tăng nhanh quá trình tạo cốc và chất xúc tác bị mất hoạt tính nhanh chóng.

• Khi tỷ lệ n-Pt/n-A trung bình (0,03 < n-Pt/n-A < 0,15): olefin có thểchuyển hoá liên tiếp thành olefin đơn nhánh rồi hai nhánh trước khi gặp tâm kimloại Số tâm axit hoạt động giữa hai tâm kim loại là quá thấp để cho phép hìnhthành sản phẩm cracking và tạo cốc mà được dung triệt để cho quá trình isomerhóa

1.2.9 Điều kiện quá trình

Phản ứng xảy ra dưới áp suất riêng phần của H2 với sự có mặt của xúc táchai chức kim loại/axit Tuỳ theo bản chất của xúc tác mà yêu cầu hàm lượng tạpchất trong nguyên liệu, điều kiện vận hành, RON của isomerat thu được khácnhau như trình bày trong bảng sau:

Bảng 1.1: Điều kiện vận hành và RON của sản phẩm khi sử dụng các loại xúc

tác khác nhauPt/Al2O3(Cl) Pt/zeolit Pt/SO2 −

4 /ZrO2Nhiệt độ (oC)

1 – 2

80 – 82

1.2.10 Lựa chọn xúc tác

Chất xúc tác lựa chọn cho công nghệ này là Pt/SO2 −

4 /ZrO2 (UOP) do có ưu điểm sau: Có tất cả ưu điểm của xúc tác Pt/zeolit như bền đối với các chất gây ngộ độc, độ ổn định cao, không cần có quá trình tách H2O cho dòng H2 và

nguyên liệu, không cần xử lý S cho nguyên liệu khi hàm lượng thấp, tái sinh dễ dàng Nhưng hoạt tính cao hơn, vận hành ở nhiệt độ thấp hơn NOR của sản

phẩm thu được cao hơn 3 đơn vị Tuổi thọ của xúc tác loại này khá lớn từ 5÷6

năm [12]

Xúc tác Pt/Al2O3 (Cl) có hoạt tính cao hơn nhưng dễ bị ngộ độc, bắt buộc phải

có quá trình tách H2O và khử S cho nguyên liệu Ngoài ra do bổ sung liên tục các hợp chất của Clo nhằm duy trì hoạt tính của xúc tác nên gây ăn mòn thiết bị

và phải có quá trình khử axit cho khí, xúc tác này không thể tái sinh được và giá thành đắt hơn xúc tác Pt/SO2 −

4 /ZrO2 Hiệu quả sử dụng của ba loại xúc tác vừa nêu được so sánh trên bảng sau:

Xúc tác T (oC) P(bar) VVH(h-1) H2/HC S (ppm) H2O

(ppm) RONPt/Al2O3 (Cl) 120-180 20-30 1-2 0.1-2 < 0.1 < 0.1 83-84Pt/zeolit 250-270 15-30 1-2 2-4 < 20 < 30 78-80Pt/SO2 −

4 /ZrO2 180-240 15-30 3 1-2 < 20 < 30 80-82

1.3 Lựa chọn công nghệ Isome hóa

1.3.1 Các công nghệ Isome hóa đã được sử dụng

• Quá trình không tuần hoàn một giai đoạn: RON ≤ 84

Công nghệ Penex, Par-Isom (UOP)

Công nghệ Hysomer (Shell)

Công nghệ Axens One-Through

• Quá trình có hồi lưu: RON có thể lên đến 92

Công nghệ DIP/Penex/SuperDIH

Công nghệ ISOMER sử dụng xúc tác Pt/zeolit của SHELL

Công nghệ PENEX / DIH (UOP)

Công nghệ PENEX – MOLEX

Công nghệ của quá trình TIP

Công nghệ của quá trình IPSORB (IFP)

Công nghệ của quá trình HEXSORB (IFP)

1.3.2 Lựa chọn công nghệ và loại xúc tác

Mục tiêu của phân xưởng isome hóa cần thiết kế là nhằm thu được xăng

có trị số octan cao từ phân đoạn xăng của quá trình chưng cất trực tiếp Nguyên liệu ở đâylà phân đoạn C5 và C6, hay phân đoạn C5, C6 riêng biệt Cho nên ta lựa chon công nghệ Penex và MOLEX của UOP Đây là công nghệ được thiết kế riêng cho quá trình isome hóa xúc tác của pentan, hexan và cả hỗn hợp của chúng

1.3.2.1 Nghiên cứu công nghệ Penex và MOLEX của UOP

Quá trình UOP Penex thì được thiết kế đặc biệt cho xúc tác đồng phân hóa pentan, hexan và hỗn hợp của chúng Các phản ứng diễn ra với sự có mặt của hidro và đươc thực hiện trên bề mặt xúc tác, tại điều kiện thích hợp mà ở đó đẩy mạnh các quá trình đồng phân hóa và quá trình hydrocracking là bé nhất Điều kiện thực hiện phản ứng thì không khắc khe, phản ánh áp suất làm việc vừaphải, nhiệt độ thấp và yêu cầu áp suất riêng phần của hydro thấp

Xúc tác của quá trình đồng phân hóa sẽ chuyển hóa tất cả nguyên liệu parafin chuyển thành các cấu trúc mạch nhánh có trị số octan cao: n-pentan thành

isopentan và n-hexan thành 2,2 và 2,3-dimetylbutan Phản ứng thì được điều khiển ở đó có sự cân bằng nhiệt động và thuận lợi hơn ở nhiệt độ thấp

Với các parafin C5, tham gia vào các quá trình chuyển hóa bở n-pentan và

isopentan Quá trình isome hóa parafin C6 thì có phần phức tạp hơn Bở vì sự hình thành 2 và 3-metylpentan và 2,3-dimetylbutan thì có một giới hạn bởi sự cân bằng, mạng lưới phản ứng bao gồm chủ yếu là chuyển hóa n-hexan thành 2,2-dimetylbutan Tất cả benzene trong nguyên liệu thì được hydro hóa tạo cyclohexan, và một cân bằng nhiệt động được thiết lập giữa metylcyclopentan

và cyclohexan Trị số octan cũng tăng 14 lần

Việc lựa chọn quá trình tuần hoàn có hiệu suất cao bao gồm sự kết hợp quá trình Penex với quá trình UOP Molex, quá trình Molex sữ dụng các rây phân tử để tách các sản phẩm tách ra trong quá trình Penex chuyển thành dòng iso-parafin có trị số octan cao và dòng n-parafin có trị số octan thấp thì đưa vào quá trình Penex Các hidrocacbon mạch thẳng thì được tách ra trong thiết bị Molex và sản phẩm đồng phân hóa được thu gom cho qua phân xưởng pha trộn

xăng Sự chuẩn bị điều kiện tốt nhất để pha trộn vào thành phần nguyên liệu và đạt yêu cầu về trị số octan của sản phẩm.

1.3.2.2 Miêu tả quá trình công nghệ

Nguyên liệu xăng nhẹ thì được đưa vào thiết bị sấy Các thiết bị này được điền đầy bằng các rây phân tử, ở đây nước được tách ra để bảo vệ xúc tác

Nguyên liệu thì được trao đổi nhiệt bởi nhiệt của thiết bị phản ứng trước khi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt Hỗn hợp nguyên liệu được trộn với hydro trước khi vào thiết bị phản ứng Có 2 thiết bị phản ứng chính được chọn

Nhiệt toả ra từ thiết bị phản ứng thì được làm lạnh trước khi đưa vào thiết

bị tách sản phẩm Các thiết kế mới hơn của Penex, bao gồm cả tuần hoàn khí nén và tách sản phẩm Hydro nạp vào chỉ cần độ tinh khiết vừa phải, loại này được cung cấp bởi quá trình reforming xúc tác Lượng hơi trên đỉnh tháp tách thìđược thu gom trong thiết bị lọc hơi để tách HCl từ dạng clo hữu cơ them vào nguyên liệu trong thiết bị phản ứng để duy trì hoạt tính xúc tác Sauk hi lọc khí, lượng khí thu được ở trên đỉnh thì đưa đi làm nhiên liệu Sản phẩm lỏng của quátrình isome hóa ở phần cuối của tháp tách thì được đưa sang phân xưởng pha trộn xăng Sự lựa chon phần cuối của tháp tách có thành phần n-parafin và iso-parafin bởi quá trình tinh cất hay quá trình tách bằng rang phân tử hay sự kết hợp của hai phương pháp để tuần hoàn các n-parafin và metylpentan có trị số octan thấp Trị số octan của sản phẩm trong khoảng 87 đến 92 có thể đạt được bởi việc chọn lựa một trong các hệ thống có sự sắp xếp khác nhau

Sự phối hợp dòng chảy tuần hoàn là yêu cầu chủ yếu nhất đạt được bởi sựkết hợp quá trình Penex với một cột tách hexan Cột tách hexan tập trung

metylpentan có trị số octan thấp được tách loại theo chiều chuyển động Dòng tách loại này được kết hợp với nguyên liệu đầu trước khi đưa vào thiết bị phản ứng Penex Ở trên đỉnh cột tách hexan, ở đó chủ yếu là iso-pentan, 2,2-

dimetylbutan và 2,3-dimetylbutan thì được thu gom và đưa qua phân xưởng pha trộn xăng Một lượng nhỏ kéo theo dòng chảy ở dưới đáy tháp tách bao gồm các

C6 naphtan và các C7, thì cũng được tách ra từ cột tách hexan và sử dụng để pha trộn vào xăng hay được dùng làm nguyên liệu reforming

Một vài nguyên liệu, như nguyên liệu reforming nhẹ, có thể chứa một lượng lớn benzene lỏng Việc thực hiện quá trình Penex có thể gây ra tác hại khiquá trình sử dụng loại nguyên liệu này bởi vì benzene bị hidro hóa ở đó phản ứng tỏa nhiệt lớn Nhiệt phát ra bởi phản ứng hidro hóa benzen là nguyên nhân

mà thiết bi phản ứng làm việc tại điều kiện đó thì không thuận lợi cho việc làm tăng trị số octan (không thuận lợi cho quá trình isome hóa) Thực hiện với các ứng dụng, UOP đề nghị quá trình Penex, ở đó bao gồm 2 thiết bị phản ứng Thiết bị thứ nhất thì được thiết kế để bão hòa benzene thì cyclohexan Thiết bị thứ hai thì được thiết kế để đồng phân hóa nguyên liệu cho trị số octan cao Mỗi thiết bị phản ứng thì hoạt động tại điều kiện mà ở đó thuận lợi cho quá trình chuyển hóa phản ững theo mong muốn là lớn nhất

1.3.2.3 Các ứng dụng của quá trình

Với sự đề cập trên, mục đích đầu tiên của quá trình Penex là cải thiện trị

số octan của phân đoạn xăng nhẹ mạch thằng (LSR) Mức độ cải thiện trị số octan cho nguyên liệu C5, C6 thì được đưa ra bởi các mô hình chọn lựa khác nhau

Bảng 1.2 Dạng nguyên liệu và sản phẩm octan

69Sản phẩm

Chọn lựa 1: Không tuần hoàn

Chọn lựa 2: Tuần hoàn 2 và 3-MeC5+nC6

Chọn lựa 3: Tuần hoàn nC5+nC6

Chọn lựa 4: Tuần hoàn nC5+nC6+ 2 và 3MeC5

83888992

Nếu như yêu cầu về trị số octan có phù hợp bởi sự tuần hoàn của các metylpentan, sự tinh chế hầu như chọn lựa quá trình tinh cất là lý do trên hết Ở

đó có giá trị thực tiễn cao, sự tinh chế có thể chọn lựa một thiết bị Molex, khi đó

sẽ tách cả nC5 và nC6 để tuần hoàn Sự tách nC5 và nC6 bằng thiết bị Molex thì

có giá trị thực tiễn thấp hơn khi tách các metylpentan bởi quá trình tinh cất, và khi đó sẽ đạt được trị số RON cao hơn

Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ Isome hóa

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ

2.1. Dây chuyền nhà máy lọc dầu Dung Quất

2.1.1 Địa điểm

Nhà máy lọc dầu Dung Quất đặt tại huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Mặtbằng nhà máy gồm có 4 khu vực chính: các phân xưởng công nghệ và phụ trợ,khu bể chứa sản phẩm, cảng xuất sản phẩm và phao rót dầu không bến, hệ thốnglấy và xả nước biển Những khu vực này được nối với nhau bằng hệ thống ốngvới đường phụ liền kề

• Nhà máy chính ( toàn bộ các phân xưởng công nghệ, phụ trợ và khu vựcngoại vi): 110 ha.

• Khu bể chứa dầu thô: 42 ha

• Khu bể chứa sản phẩm: 44 ha

• Tuyến ống lấy nước biển và xả nước thải: 4 ha

• Hành lang an toàn cho tuyến ống dẫn sản phẩm: 40 ha

• Cảng xuất sản phẩm: 135 ha ( mặt đất và mặt biển)

• Hệ thống phao rót dầu không bến, đường ống ngầm dưới biển và khuvực vòng quay tàu: 336 ha ( mặt biển)

2.1.3 Công suất chế biến

6.5 triệu tấn dầu thô/năm

2.1.4.Nguyên liệu

100% dầu thô Bạch Hổ hoặc 85% dầu thô Bạch Hổ + 15% dầu thôDubai

Tổng mức đầu tư : gần 3 tỷ USD

2.1.5.Các phân xưởng trong nhà máy lọc dầu

Hình 2.2: Sơ đồ các phân xưởng công nghệ

Phân xưởng 011 chưng cất dầu thô (CDU)

Phân xưởng 012 xử lý Naphtha bằng Hydro (NHT) Phân xưởng 013 Reforming xúc tác liên tục (CCR)

Phân xưởng 014 xử lý Kerosene (KTU)

Phân xưởng 015 Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất khí quyển(RFCC)

Phân xưởng 016 xử lý LPG (LTU)

Phân xưởng 017 xử lý Naphtha của phân xưởng RFCC (NTU)

Phân xưởng 018 xử lý nước chua (SWS)

Phân xưởng 019 tái sinh Amine (ARU)

Phân xưởng 020 trung hòa xút thải (CNU)

Phân xưởng 021 thu hồi Propylene (PRU)

Phân xưởng 022 thu hồi lưu huỳnh (SRU)

Phân xưởng 023 đồng phân hóa Naphtha nhẹ (ISOMER)

Phân xưởng 024 xử lý LCO bằng hydro(LCO-HDT)

Nhà máy Poly Propylen cũng là 1 phân xưởng thuộc nhà máy lọc dầu, phânxưởng 025 Poly Propylen (PP)

2.1.5.2 Các phân xưởng phụ trợ

Hệ thống cấp nước sinh hoạt, nước công nghệ, nước khử khoáng U 031

Hệ thống hơi nước và nước ngưng U 032

Phân xưởng nước làm mát U 033

Hệ thống lấy nước biển U 034

Phân xưởng khí điều khiển + khí công nghệ U 035

Hệ thống sản xuất Nitơ U 036

Hệ thống cung cấp khí nhiên liệu U 037

Hệ thống dầu nhiên liệu U 038

Hệ thống cung cấp kiềm U 039

Hệ thống nhà máy điện U 040

Hệ thống lọc nước thẩm thấu RO U 100

2.1.5.3 Phân xưởng ngoại vi

Khu bể chứa trung gian U 051( gồm 23 bể)

Khu bể chứa sản phẩm U 052 (gồm 22 bể)

Trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ U 053

Phân xưởng phối trộn sản phẩm U 054

Phân xưởng Flushing Oil U 055

Phân xưởng dầu thải U 056

Hệ thống đuốc đốt U 057

Phân xưởng xử lý nước thải PP U 058

Khu bể chứa dầu thô U 070

Đường ống dẫn sản phẩm U 071

Phao rót dầu không bến 1 điểm neo SPM U 082

2.1.5.4 Thuyết minh sơ đồ

Dầu thô được đưa vào phân xưởng chưng cất CDU thu được các phân đoạn khác nhau làm nguyên liệu cho quá trình chế biến sâu như sau:

- Các dòng sản phẩm nhẹ được đưa đến cụm xử lý khí của phân xưởng RFCC ( reforming xúc tác)

- Phân đoạn Naphtha được đưa đến phân xưởng NTH

- Phân đoạn Kerosen được ưa đến phân xưởng KTU Unit/ Bể chứa

- Phần Naphtha nhẹ đã xử lý được đưa đến phân xưởng ISOM, phần Naphtha nặng đã xử lý đưa đến phân xưởng CCR để chế biến thành các cấu tử

pha xăng có trị số octan cao, khí off-gas được đưa đến cụm xử lý khí của phân xưởng RFCC.

Phân xưởng Reforming xúc tác chuyển hóa phân đoạn Naphtha nặng từ phân xưởng NTH thành các cấu tử pha trộn xăng có chỉ số octan cao ( RON=103), sản xuất Reformat, sản xuất LPG pha trộn với các dòng LPG của nhà máy và đưa ra bể chứa sản phẩm

Phân xưởng bao gồm các hệ thống chế biến Naphtha gồm:

+ 4 thiết bị phản ứng

+ Máy nén

+ Thiết bị tách + Hệ thống tái sinh xúc tác liên tục (xúc tác I-8 và I-82 của UOP).+ Thiết bị trao đổi nhiệt

Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi, chuyển hóa phần cặn của phân xưởng CDU thành các sản phẩm có giá trị kinh tế cao (cấu tử nhẹ hơn) bằng quátrình bẻ gãy mạch với có sự tham gia của xúc tác Zeolit

Phân xưởng gồn các thiết bị chính như:

+ Thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh xúc tác 2 tầng

+ Tháp tách sản phẩm

+ Cụm xử lý khí (Gas Plant)

+ Các dòng sản phẩm chính của phân xưởng RFCC:

Dòng khí chưa bão hòa đưa đến hệ thống khí nhiên liệu (FG)

Hỗ hợp C3/C4: đưa đến phân xưởng xử lý LPG (LTU)

Phân xưởng NTU:

Phân xưởng NTU có nhiệm vụ loại bỏ các hợp chất H2S, Mercaptan và các axit khác có mặt trong dòng Naphtha của phân xưởng RFCC bằng cách sử