ĐÁNH GIÁ, lựa CHỌN QUY TRÌNH NÂNG cấp và xử lý dầu NẶNG TRONG cụm THIẾT bị LOẠI MUỐI NHÀ máy lọc dầu

Dầu khí ngày càng thể hiện vai trò và đóng góp lớn cho kinh tế, an ninh xã hội, năng lượng của các nước trên Thế giới. Và Việt Nam cũng vậy, dầu khí được tìm thấy và khai thác với trữ lượng lớn, phần lớn dầu thô khai thác ở nước ta là dầu ngọt, nhẹ, có nhiều parafin, là loại dầu có giá trị cao trong khu vực và trên Thế giới. Nhưng hiện tại sản lượng khai thác hàng năm đang giảm xuống báo động, hầu hết các nhà máy lọc dầu đều sử dụng dầu nhẹ làm nguyên liệu xử lý, với tốc độ tiêu thụ nhanh, công nghệ khai thác và xử lý hiện đại như hiện nay thì nguồn nguyên liệu nhẹ sẽ cạn dần. Chất lượng dầu thô trên Thế giới tác động rất lớn đến ngành công nghệ lọc dầu, các nhà máy lọc dầu mới và hiện đang nâng cấp thiết kế tương ứng để xử lý nguyên liệu nặng hơn hoặc pha trộn của các loại dầu thô khác nhau với tỉ lệ cao của dầu mỏ nặng. Dầu nặng chứa một lượng lớn các tạp chất (lưu huỳnh, kim loại, nitơ, asphalten) khó khăn trong xử lý và chế biến, nhưng nhu cầu của các sản phẩm chưng cất nhẹ (nhiên liệu sạch ví dụ cực thấp diesel lưu huỳnh và xăng dầu) đang gia tăng trên toàn Thế giới. Vì vậy, việc nghiên cứu, chế biến và nâng cấp dầu nặng là vấn đề cấp bách và đáng quan tâm. Nâng cấp dầu nặng được nghiên cứu nhiều năm qua, các dự án lớn đã được triển khai tại các quốc gia có sản lượng dầu nặng lớn như Venezuela, Canada,…Ở nước ta cũng vậy, tuy là quốc gia có sản lượng dầu thô chính là dầu ngọt, nhưng đội ngũ các kĩ sư, công ty khoan thăm dò khai thác luôn tìm tòi, hợp tác mở rộng khai thác dầu khí, đặc biệt chú tâm tới khai thác, nâng cấp dầu nặng. Nhiều dự án lớn được kí kết với các trên Thế giới, điển hình là dự án khai thác dầu nặng lô Junin 2 (Venezuela), lô 76 Peru (Malayxia),…1718. Qua đó ta thấy được tầm quan trọng của nghiên cứu các quá trình nâng cấp dầu nặng. Vỉ vậy em chọn đề tài “Đánh giá, lựa chọn quy trình nâng cấp và xử lý dầu nặng trong cụm thiết bị loại muối nhà máy lọc dầu” để tìm hiểu, nghiên cứu. Qua đó có cái nhìn tổng quát về nâng cấp dầu nặng, các quy trình nâng cấp, chế biến. Đặc biệt nâng cấp xử lý dầu nặng trong cụm thiết bị loại muối nhà máy lọc dầu. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦU NẶNG 1.1. Khái niệm, thành phần, tính chất dầu nặng 1.1.1. Khái niệm, tính chất dầu nặng Dầu nặng là loại dầu thô có độ nhớt rất cao, đặc tính chung là tỉ trọng lớn, tỷ số HC thấp, thành phần Aromatic đa vòng ngưng tụ nhiều, hàm lượng Aspalten cao, phân tử lớn kết hợp với hầu hết các lưu huỳnh, nitơ và hàm lượng phần trăm kim loại, cặn cacbon cao. Tùy vào độ nhớt, tỉ trọng API mà người ta chia ra thành dầu nặng, dầu siêu nặng và nhựa đường. Thông thường khi đề cập tới dầu nặng thì nó đã bao hàm cả dầu siêu nặng và nhựa đường. Ta có bảng phân loại dầu theo độ nhớt và tỉ trọng API trong hình sau:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HỮU ĐẠT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN QUY TRÌNH NÂNG CẤP VÀ XỬ LÝ DẦU NẶNG TRONG CỤM THIẾT BỊ LOẠI MUỐI NHÀ MÁY LỌC DẦU HÀ NỘI, THÁNG NĂM 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HỮU ĐẠT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN QUY TRÌNH NÂNG CẤP VÀ XỬ LÝ DẦU NẶNG TRONG CỤM THIẾT BỊ LOẠI MUỐI NHÀ MÁY LỌC DẦU GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN CHẤM PGS.TS Phạm Xuân Núi HÀ NỘI, THÁNG NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn, biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS Phạm Xuân Núi, người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt thời gian qua để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đồng thời em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo môn Lọc-Hóa dầu, Trường Đại học Mỏ-Địa chất tạo điều kiện, hỗ trợ để em có thêm kiến thức liên quan tới đồ án tốt nghiệp Cảm ơn thầy Phạm Xuân Núi, thầy cô môn dạy dỗ cung cấp cho em nhiều kiến thức hành tranh công việc tương lai sau Cuối em xin chân thành cảm ơn bạn bè người thân gia đình, người chỗ dựa vững ủng hộ em việc Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN STT HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ TRANG Hình 1.1 Phân loại dầu thô theo độ nhớt tỉ trọng API 2 Hình 1.2 Mối quan hệ đặc tính khác dầu nặng Hình 1.3 Tỉ lệ H/C loại nguyên liệu Hình 1.4 Mô hình phân tử Asphaten tương tác với kim loại, hợp chất Hình 1.5 Dự trữ dầu Thế giới năm 2010 Hình 1.6 Trữ lượng dầu nặng số quốc gia Hình 1.7 Sản lượng khai thác dầu nặng toàn Thế giới năm 2006 dự báo khai thác dầu nặng năm 2030 10 Hình 2.1 Sơ đồ cụm thiết bị tách muối với thiết bị loại muối nằm ngang 15 Hình 2.2 Cụm thiết bị gia nhiệt dầu thô [10] 16 10 Hình 2.3 Cụm thiết bị tách muối gia nhiệt cho dầu thô 18 11 Hình 2.4 Thiết bị loại muối (tiết diện ngang) 19 12 Hình 2.5 Hệ thống thiết bị rửa bùn, mùn đáy thiết bị loại muối 20 13 Hình 2.6 Mô hình lực hút tĩnh điện hai giọt nước Thu hút lưỡng cực lực hút tĩnh điện hai đầu tích điện trái dấu giọt nước 21 14 Hình 2.7 Mô hình lực hút tĩnh điện điện cực giọt nước 21 15 Hình 2.8 Lò gia nhiệt 22 16 Hình 2.9 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khối lượng riêng độ nhớt dầu thô (nhà máy lọc dầu Dung Quất) 23 17 Hình 2.10 Hiệu tổn thất áp suất qua van tạo nhũ tới hàm lượng muối nước dầu 24 thô 18 Hình 3.1 Sơ đồ lò phản ứng trang bị siêu âm cộng hưởng sóng dừng cho khử muối nước nhũ tương dầu thô [11] 28 19 Hình 3.2 Thời gian chiếu xạ khác (3, 6, 12 phút), với tần số 28 kHz, thời gian lắng 60 lắng, liều lượng chất khử nhũ ppm, tiêm nước 7% thể tích dầu, nhiệt độ 100°C 30 20 Hình 3.3 Nước thời gian chiếu xạ công suất khác (25, 40, 50, 75 100 W) Tần 3số 28 kHz, thời gian lắng 60 phút, liều lượng chất khử nhũ ppm, tiêm nước 7%V, nhiệt độ 100°C 31 21 Hình 3.4 Hàm lượng muối công suất thời gian chiếu xạ khác (3, 6, 12 phút) Tần số 28 kHz, thời gian lắng 60 phút, liều lượng chất khử nhũ ppm, tiêm nước 7%V, nhiệt độ 100°C 31 22 Hình 3.5 Hàm lượng muối thời gian chiếu xạ công suất khác (25, 40, 50, 75 100 W) Tần số 28 kHz, thời gian chiếu xạ 60 phút, liều lượng chất khử nhũ ppm, tiêm nước 7%V, nhiệt độ 100 32 23 Hình 3.6 Thực nghiệm hiệu khử muối so với hiệu tính toán khử muối 32 24 Hình 3.7 Thực nghiệm hiệu loại nước với hiệu tính toán loại nước 33 25 Hình 3.8 Hệ thống kết hợp siêu âm-điện trường xử lý nước muối dầu thô 34 26 Hình 3.9 So sánh hàm lượng nước, muối bị khử sử dụng điện trường sử dụng kết hợp sóng siêu âm-điện trường 35 27 Hình 3.10 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng muối bị khử 36 28 Hình 3.11 Ảnh hưởng tần số sóng siêu âm đến loại muối nước 37 29 Hình 3.12 Ảnh hưởng công suất sóng siêu âm kết khử muối 38 30 Hình 3.13 Ảnh hưởng sụt giảm áp suất trộn kết khử muối 39 31 Hình 3.14 Ảnh hưởng chất khử nhũ tương kết khử muối nước 39 32 Hình 3.15 Ảnh hưởng nước bơm vào kết khử muối, nước 40 33 Hình 3.16 Dòng kiểm tra liệu từ nhà máy lọc YPC, SINOPEC 41 34 Hình 3.17 Hàm lượng nước so với thời gian điều kiện tốt sử dụng kết hợp sóng siêu âmđiện trường 42 35 Hình 3.18 Hàm lượng muối so với thời gian điều kiện tốt sử dụng kết hợp sóng siêu âmđiện trường 42 36 Hình 3.19 Các điện cực công nghệ tổ hợp AC DC 45 37 Hình 3.20 Thiết bị xử lý công nghệ tổ hợp AC DC 45 38 Hình 3.21 Điện áp sụt giảm trường trung bình 46 39 Hình 3.22 Thiết bị xử lý phân cực kép 46 40 Hình 3.23 Sự biến đổi tần số hệ thống công nghệ tần số cao kết hợp AC DC 47 41 Hình 3.24 Sự dao động tần số cộng hưởng hưởng 47 42 Hình 3.25 Công suất xử lý cho thiết bị 12’x80’ sử dụng công nghệ tĩnh điện khác cho dầu thô API 20.60 48 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN STT BẢNG BIỂU TÊN BẢNG BIỂU TRANG Bảng 1.1 Thành phần, tính chất loại dầu thô Bảng 1.2 Tính chất dầu thô số nước Thế giới Bảng 3.1 Thuộc tính tiêu biểu dầu thô khảo sát 34 Bảng 3.2 Một số kết thu khác hai công nghệ 49 Bảng 3.3 Hiệu công nghệ loại muối sử dụng công nghệ điện cực thép điện cực kim loại màu 49 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC DC ETP BS&W PTB Dòng điện xoay chiều Dòng điện chiều Phân xưởng xử lý nước thải Cặn đáy nước, đo tổng số hàm lượng tạp chất lẫn dầu thô Pound/nghìn thùng 10 MỞ ĐẦU Dầu khí ngày thể vai trò đóng góp lớn cho kinh tế, an ninh xã hội, lượng nước Thế giới Và Việt Nam vậy, dầu khí tìm thấy khai thác với trữ lượng lớn, phần lớn dầu thô khai thác nước ta dầu ngọt, nhẹ, có nhiều parafin, loại dầu có giá trị cao khu vực Thế giới Nhưng sản lượng khai thác hàng năm giảm xuống báo động, hầu hết nhà máy lọc dầu sử dụng dầu nhẹ làm nguyên liệu xử lý, với tốc độ tiêu thụ nhanh, công nghệ khai thác xử lý đại nguồn nguyên liệu nhẹ cạn dần Chất lượng dầu thô Thế giới tác động lớn đến ngành công nghệ lọc dầu, nhà máy lọc dầu nâng cấp thiết kế tương ứng để xử lý nguyên liệu nặng pha trộn loại dầu thô khác với tỉ lệ cao dầu mỏ nặng Dầu nặng chứa lượng lớn tạp chất (lưu huỳnh, kim loại, nitơ, asphalten) khó khăn xử lý chế biến, nhu cầu sản phẩm chưng cất nhẹ (nhiên liệu ví dụ cực thấp diesel lưu huỳnh xăng dầu) gia tăng toàn Thế giới Vì vậy, việc nghiên cứu, chế biến nâng cấp dầu nặng vấn đề cấp bách đáng quan tâm Nâng cấp dầu nặng nghiên cứu nhiều năm qua, dự án lớn triển khai quốc gia có sản lượng dầu nặng lớn Venezuela, Canada,…Ở nước ta vậy, quốc gia có sản lượng dầu thô dầu ngọt, đội ngũ kĩ sư, công ty khoan thăm dò khai thác tìm tòi, hợp tác mở rộng khai thác dầu khí, đặc biệt tâm tới khai thác, nâng cấp dầu nặng Nhiều dự án lớn kí kết với Thế giới, điển hình dự án khai thác dầu nặng lô Junin (Venezuela), lô 76 Peru (Malayxia),…[17-18] Qua ta thấy tầm quan trọng nghiên cứu trình nâng cấp dầu nặng Vỉ em chọn đề tài “Đánh giá, lựa chọn quy trình nâng cấp xử lý dầu nặng cụm thiết bị loại muối nhà máy lọc dầu” để tìm hiểu, nghiên cứu Qua có nhìn tổng quát nâng cấp dầu nặng, quy trình nâng cấp, chế biến Đặc biệt nâng cấp xử lý dầu nặng cụm thiết bị loại muối nhà máy lọc dầu 50 Nhiệt độ khoảng 83-89°C Hàm lượng nước, muối thời gian chạy điều kiện tốt thể hình 3.16 , hàm lượng muối ban đầu dầu thô 67,5 mg.L-1, sau 40 hàm lượng muối dầu ổn định mức 4,0-5,5 mg.L -1, kết khử muối tốt 3,97 mg.L -1, tỉ lệ khử muối 90% Hàm lượng nước sau trình 0,30% [16] Các liệu từ nhà máy lọc dầu YPC thể hình 3.16, hàm lượng muối ban đầu 40 mg.L -1, hàm lượng muối 10 mg L -1 sau sử dụng điện trường So sánh hai quy trình cho thấy sử dụng sóng siêu âm-điện trường tốt hơn; biệt biệt với muối cao có dầu thô Như công nghệ xem xét để đảm bảo hàm lượng muối dầu thô đáp ứng nhu cầu nhà máy lọc dầu [16] Hình 3.16 Dòng kiểm tra liệu từ nhà máy lọc YPC, SINOPEC [16] □ – hàm lượng muối ban đầu; ◆ - hàm lượng muối sau khử muối • Nhận xét phương pháp sử dụng dụng kết hợp sóng siêu âm-điện trường: Phương pháp sử dụng kết hợp sóng siêu âm-điện trường mang lại hiệu cao loại muối, nước dầu thô Các điều kiện vận hành tốt thảo luận viết, 5% (theo khối lượng) nước bơm, 30 mg.g -1 hàm lượng chất khử nhũ tương, sụt giảm áp suất 0,45 MPa, 10 kHz 150 W sóng siêu âm (sóng đứng), 3-5 phút chiếu xạ sóng siêu âm, 1,2 kV.cm -1 cường độ dòng điện vận tốc dòng chảy dầu 20 mg.g-1, nhiệt độ 80°C [16] 51 Sử dụng điện trường loại muối nhà máy lọc dầu YPC, SINOPEC cho ta thấy thật khó để loại muối hàm lượng cao dầu, hàm lượng muối ban đầu 40-70 mg.L-1, hàm lượng muối 10 mg.L -1 sau giai đoạn khử muối điện trường Điều đáp ứng nhu cầu nhà máy lọc dầu ([...]... Lượng dầu thô [6] Lưu lượng dầu thô ảnh hưởng tới thể tích thiết bị loại muối, hiệu suất loại muối Vì vậy, cần điều chỉnh phù hợp dựa trên các thiết bị, thông số thiết bị loại muối, đầu vào, đầu ra thiết bị [8] 35 36 CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ DẦU NẶNG TRONG THIẾT BỊ LOẠI MUỐI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU 3.1 Công nghệ khử muối và nước với sự hỗ trợ của chiếu xạ siêu âm Muối và nước được tách ra từ dầu. .. vận hành của thiết bị tách muối [4] 27 Hình 2.3 Cụm thiết bị tách muối và gia nhiệt cho dầu thô [10] Dầu thô từ thiết bị tiền gia nhiệt vào thiết bị tách muối Nước được tuần hoàn đi từ thiết bị tách muối cấp hai được trộn với dòng dầu thô trước khi đưa vào thiết bị tách muối thứ nhất, tỉ lệ nước đưa vào và dầu thô khoảng 1:20 [4] Dầu thô tiếp tục qua thiết bị trộn nhằm phân tán dầu thô và nước làm... thể đạt được trong thiết bị một giai đoạn hoặc hai giai đoạn, phụ thuộc vào yêu cầu của quá trình Hiệu quả của 25 tách nước, muối của thiết bị loại muối thường là 95% đối với thiết bị 1 giai đoạn và lên tới 99% đối với thiết bị 2 giai đoạn [4] 2.3 Sơ đồ công nghệ cụm thiết bị loại muối và gia nhiệt trong nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất 2.3.1 Đặc tính của nguyên liệu Dầu Bạch Hổ là loại dầu nhẹ với độ... năng loại muối [8] Phương pháp loại muối kết hợp hóa học và điện, Tổ hợp của phương pháp tĩnh điện và hóa chất làm tăng khả năng tách muối, hiện nay các thiết bị hầu hết sử dụng phương pháp này [7] Công suất, kích thước, loại và giai đoạn của cụm thiết bị phụ thuộc và từng nhà máy lọc dầu cụ thể dựa trên đặc trưng, giới hạn của nhà máy Chức năng cơ bản của thiết bị loại muối Về cơ bản, quá trình loại muối. .. ra thành dầu nặng, dầu siêu nặng và nhựa đường Thông thường khi đề cập tới dầu nặng thì nó đã bao hàm cả dầu siêu nặng và nhựa đường Ta có bảng phân loại dầu theo độ nhớt và tỉ trọng API trong hình sau: Hình 1.1 Phân loại dầu thô theo độ nhớt và tỉ trọng API [1] Ta phân loại theo 4 nhóm cơ bản: Loại A: Dầu nhẹ là dầu có API > 20 và độ nhớt µ > 100 cP Loại B: Dầu nặng là dầu có 20 > API > 10 và độ nhớt... thống thiết bị rửa bùn, mùn ở đáy thiết bị loại muối [7] Hệ thống tách muối được thiết kế có thể vận hành với chỉ một cấp (một trong hai thiết bị tách có thể ngừng) và không cho phép ngừng hoàn toàn cả hai thiết bị tách muối cùng một lúc Hệ thống được bảo trì định kì để nâng cao hiệu quả loại muối của thiết bị [10] Thiết bị loại muối dựa trên nguyên tắc lắng trọng lực, tuân theo định luật Stock và lực... hàng đầu ảnh hưởng tới thiết bị, sản phẩm mong muốn của thiết bị loại muối Vì vậy trong nhà máy lọc hóa dầu, yếu tố này được tính toán kĩ lưỡng với từng loại dầu thô trước khi đưa vào thiết bị loại muối Hình 2.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng riêng và độ nhớt của dầu thô (ở nhà máy lọc dầu Dung Quất) [7] Từ hình 2.8 cho thấy các yếu tố độ nhớt dầu thô, vận tốc lắng của nước bị ảnh hưởng rất lớn... điện Dầu thô đã được tách muối dịch chuyển lên phần đỉnh của bình tách còn nước hòa tan nuối đi xuống đáy bình tách và được đưa đến phân xưởng xử lý nước thải ETP Tại thiết bị tách muối cấp thứ nhất, 90% muối và nước được tách ra khỏi dầu [4] Dầu thô từ thiết bị tách muối thứ nhất được trộn với nước sạch, chất phá nhũ và đi vào van chênh áp (tương tự thiết bị tách muối cấp thứ nhất) và đi vào thiết bị. .. loại dầu thô là rất rõ, trong khi dầu thô nhẹ sản xuất sụt giảm, sản lượng dầu thô nặng và đặc biệt dầu thô siêu trọng ngày càng tăng Do đó, trong tương lai gần, nhà máy lọc dầu sẽ buộc phải thay Thế dầu thô nhẹ bằng dầu thô nặng [3]  Trữ lượng dầu thô trên Thế giới Hơn một nửa dầu nặng trên Thế giới là dầu nặng và bitum (dầu nặng và bitum chiếm khoảng 53,3% dự trữ dầu Thế giới, dầu nhẹ thông thường... chất phá nhũ được bơm vào dòng dầu sạch lấy ra từ đỉnh 29 thiết bị loại muối thứ nhất, trước khi trộn với nước và đưa sang thiết bị loại muối thứ hai Sau một thời gian hoạt động, hỗn hợp muối, nước, tạp chất đóng rắn ở dưới thiết bị loại muối, ảnh hưởng tới thiết bị, năng suất cũng như chất lượng dầu thô sạch Vì vậy, ở đáy thiết bị loại muối được rửa bùn bằng hệ thống phun nước, và các van xả rửa bùn