Tìm hiểu nguyên lý điều khiển nhiệt độ vùng phản ứng - MTC trong công nghệ RFCC tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

Cracking xúc tác cặn dầu (RFCC) là một trong những quá trình quan trọng nhất của công nghệ lọc dầu. Xăng từ cracking chiếm khoảng 30÷50% trong thành phần xăng thương phẩm. Ngoài ra cracking xúc tác còn cung cấp một lượng đáng kể dầu DO, LPG, khí nhiên liệu và olefin nhẹ cho hóa dầu. Trong quá trình cracking, chất xúc tác đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc định hướng sản phẩm, nâng cao hiệu suất và chất lượng các sản phẩm mong muốn. Phân xưởng RFCC của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất hiện này đang sử dụng công nghệ hai hãng IFP – Total và Stone & Webster đây là một công nghệ được áp dụng phổ biến trên thế giới, để xử lý nguồn nguyên liệu dầu thô hỗn hợp. Với mục đích sản xuất ra sản phẩm tối đa xăng, hiện nay nhà máy đang áp dụng kỹ thuật điều khiển nhiệt MTC (Mix Temperature Control) cho quá trình phản ứng Cracking. Kỹ thuật MTC là kỹ thuật được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1980, có nhiề ưu điểm trong quá trình chế biến dầu mỏ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT TRONG BÀI ĐỒ ÁN v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG BÀI ĐỒ ÁN vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG BÀI ĐỒ ÁN vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 2

1.1 Giới thiệu về nhà máy Lọc dầu Dung Quất 2

1.1.1 Tầm quan trọng của việc xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất 2

1.1.2 Nguyên liệu cung cấp cho nhà máy lọc dầu Dung Quất 3

1.1.3 Hệ thống phân xưởng và các hạng mục phụ trợ trong nhà máy lọc dầu Dung Quất 4

1.1.4 Sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất 5

1.1.5 Nguồn nhân lực cho nhà máy 6

1.2 Tổng quan một số phân xưởng chính của nhà máy Lọc dầu Dung Quất 6

1.2.1 Sơ đồ các cụm phân xưởng chính của nhà máy 6

1.2.2 Phân xưởng chưng cất dầu thô – CDU (Phân xưởng số 011) 8

1.2.3 Phân xưởng xử lý Naphtha bằng hydro - NHT (Phân xưởng số 012) 9

1.2.4 Phân xưởng reforming xúc tác liên tục - CCR (Phân xưởng số 013) 10

1.2.5 Phân xưởng xử lý Kerosene - KTU (Phân xưởng số 014) 10

1.2.6 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi (RFCC) (Phân xưởng số 015) 11

1.2.7 Phân xưởng xử lý LPG - LTU (Phân xưởng số 016) 12

1.2.8 Phân xưởng xử lý Naphtha của phân xưởng RFCC – NTU (017) 12

1.2.9 Phân xưởng xử lý nước chua - SWS (Phân xưởng số 018) 12

1.2.10 Phân xưởng tái sinh Amine - ARU (Phân xưởng số 019) 13

1.2.11 Phân xưởng trung hòa kiềm - CNU (Phân xưởng số 020) 14

1.2.12 Phân xưởng thu hồi Propylene - PRU (Phân xưởng số 021) 15

1.2.13 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh - SRU (Phân xưởng số 022) 15

1.2.14 Phân xưởng đồng phân hóa - ISOM (Phân xưởng số 023) 15

1.2.15 Phân xưởng xử lý LCO bằng hydro (Phân xưởng số 024) 16

CHƯƠNG 2 – TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CRACKING XÚC TÁC TẦNG SÔI – RFCC 17

2.1 Mục đích và công suất của phân xưởng 17

2.2 Nguyên liệu và sản phẩm phân xưởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất 18

2.2.1 Nguyên liệu 18

2.2.2 Sản phẩm phân xưởng RFCC nhà máy 20

2.3 Công nghệ RFCC của nhà máy lọc dầu Dung Quất 21

2.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đầu ra của ống đứng 22

2.3.2 Ảnh hưởng của hoạt tính xúc tác 23

2.3.3 Ảnh hưởng nguồn nguyên liệu 24

2.3.4 Thông số vận hành phân xưởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất 26

2.4 Xúc tác cho quá trình RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất 27

2.4.1 Thành phần cấu tạo xúc tác nhà máy 27

2.4.2 Các phản ứng quan trọng trong xúc tác RFCC 33

2.4.3 Ảnh hưởng của một số hợp phần trong xúc tác RFCC 35

2.4.4 Quy trình sản xuất xúc tác FCC 38

2.5 Mô tả công nghệ 40

2.5.1 Cụm phản ứng – tái sinh – bảo quản xúc tác – xử lý khói thải 40

2.5.2 Xử lý khí thải 48

2.5.3 Cụm chuẩn bị nguyên liệu và cụm chưng cất 49

CHƯƠNG 3 - NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ VÙNG PHẢN ỨNG TRONG CÔNG NGHỆ RFCC TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 55

3.1 Các thống số vận hành của phân xưởng RFCC 55

3.2 Nguyên lý điều khiển nhiệt vùng phản ứng 57

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ vùng phản ứng 60

3.3.1 Nhiệt độ đầu ra ống phản ứng 60

3.3.2 Nhiệt độ nguyên liệu 62

3.3.3 Thời gian lưu 62

3.3.4 Lưu lượng xúc tác 63

3.3.5 Ảnh hưởng của hoạt tính xúc tác 63

3.3.6 Lưu lượng dòng dầu tuần hoàn 64

3.3.7 Chất lượng nguyên liệu 64

3.3.8 Lưu lượng dòng khí nâng 65

3.4 Quá trình điều khiển nhiệt bằng dòng MTC 65

KẾT LUẬN 68

TÀI TIỆU THAM KHẢO 69

CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT TRONG BÀI ĐỒ ÁN

FCC Cracking xúc tác pha lưu thế

RFCC Cracking xúc tác nguyên liệu cặn dầu

VR Cặn chân không

AR Cặn khí quyển

VGO Gasoils chân không

LCO Dầu giàu hydrocabon vòng thơm nhẹ (light cycle oil)

HCO Dầu giàu hydrocacbon vòng thơm nặng ( hight cycle oil)

DO Dầu diezel ( diesel oil)

LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng

BBD Đơn vị đo thùng/ngày

MTBE Metyl tert butyl ete

HDS Phân xưởng khử sâu lưu huỳnh

MAT Phép đo hoạt tính xúc tác trên thiết bị MAT (micro activity test)UCS Ô mạng cơ sở

RON Chỉ số octan nghiên cứu

MON chỉ số octan động cơ

RE2O3 Oxit đất hiếm

Z/M tỉ lệ zeolite/chất nền (matrix)

MTC Mix Temperature Control

FIC Flow Indicating Controller

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG BÀI ĐỒ ÁN

1 1.1 Các sản phẩm của phân xưởng chưng cất dầu

3 1.3 Tiêu chuẩn sản phẩm của phân xưởng tái sinhamine 15

6 2.3 Thông số vận hành phân xưởng RFCC nhà máy

7 2.4 Thành phần xúc tác RFCC nhà máy lọc dầu

8 3.1 Các thông số vận hành của phân xưởng RFCC 55

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG BÀI ĐỒ ÁN

1 Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ của nhà máy Lọc dầu

3 Hình 2.2 Sơ đồ tổng quan các phân xưởng chế biến

10 Hình 2.9 Ảnh hưởng của RE2O3 lên RON của xăngsản phẩm 38

2.10

Ảnh hưởng của tỷ lệ Z/M đến hiệu suất sản

12 Hình2.11 Quy trình sản xuất xúc tác RFCC hiện đại 41

13 Hình 3.1 Sơ đồ PFD cụm phản ứng và tái sinh phânxưởng RFCC 58

MỞ ĐẦU

Ngày nay trong bối cảnh Việt Nam đang không ngừng phát đổi mới và vươnlên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, với các máy móc , thiết bị

và công nghệ mới Vai trò của xăng dầu ngày càng được quan tâm đặc biệt hơn

Để thoả mãn nhu cầu nhiên liệu ngày một tăng Nghành công nghiệp chế biếndầu mỏ đã ra sức cải tiến, hoàn thiện quy trình công nghệ , đồng thời áp dụng nhữngphương pháp chế biến sâu trong dây chuyền sản xuất nhằm chuyển hoá dầu thô tớimức tối ưu thành nhiên liệu và những sản phẩm quan trọng khác Một trong nhữngphương pháp hiện đại được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy chế biến dầu hiệnnày trên thế giới là quá trình cracking xúc tác cặn dầu RFCC

Cracking xúc tác cặn dầu (RFCC) là một trong những quá trình quan trọngnhất của công nghệ lọc dầu Xăng từ cracking chiếm khoảng 30÷50% trong thànhphần xăng thương phẩm Ngoài ra cracking xúc tác còn cung cấp một lượng đáng kểdầu DO, LPG, khí nhiên liệu và olefin nhẹ cho hóa dầu Trong quá trình cracking,chất xúc tác đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc định hướng sản phẩm, nângcao hiệu suất và chất lượng các sản phẩm mong muốn

Phân xưởng RFCC của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất hiện này đang sử dụngcông nghệ hai hãng IFP – Total và Stone & Webster đây là một công nghệ được ápdụng phổ biến trên thế giới, để xử lý nguồn nguyên liệu dầu thô hỗn hợp Với mụcđích sản xuất ra sản phẩm tối đa xăng, hiện nay nhà máy đang áp dụng kỹ thuật điềukhiển nhiệt MTC (Mix Temperature Control) cho quá trình phản ứng Cracking Kỹthuật MTC là kỹ thuật được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1980, có nhiề

ưu điểm trong quá trình chế biến dầu mỏ

Với mục đích tìm hiểu về phần xưởng cracking xúc tác tầng sôi của Nhà máyLọc dầu Dung Quất và tìm hiểu về kỹ thuật điều khiển nhiệt MTC của nhà máy Em

xin chọn đề tài “Tìm hiểu nguyên lý điều khiển nhiệt độ vùng phản ứng trong công nghệ RFCC tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất ”.

Bài đồ án này trình bày gồm 3 chương:

- Chương 1: Trình bày tổng quan về Nhà máy Lọc dầu Dung Quất và các phânxưởng chính của nhà máy

- Chương 2: Trình bày tổng quan về phân xưởng RFCC của nhà máy

- Chương 3: Trình bày về quá trình điều khiển nhiệt độ vùng phản ứng trongcông nghệ RFCC tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG

QUẤT1.1 Giới thiệu về nhà máy Lọc dầu Dung Quất

1.1.1 Tầm quan trọng của việc xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất

Trong những năm qua thế giới đã chứng kiến những biến động lớn trong thịtrường dầu mỏ và các sản phẩm lọc dầu Bất ổn tại những khu vực cung cấp dầu mỏ

chính và sự gia tăng của nhu cầu do nền kinh tế thế giới tăng trưởng nhanh đã góp

phần đẩy giá dầu lên mức kỉ lục Năm 2008, thị trường dầu thô thế giới liên tục biếnđộng bất thường

Vào thời điểm giữa tháng 7, giá dầu thô leo thang đến mức kỷ lục, đạt ngưỡnggần 150 USD/thùng, sau đó lại sụt giảm đến mức chóng mặt, có lúc xuống dưới 45USD/thùng Biến động giá dầu thô đã tác động tiêu cực tới nhiều nền kinh tế, kéotheo nhiều hệ lụy, ảnh hưởng tới Lưu lượng tăng trưởng của nhiều quốc gia, trong

đó có nước ta

Để giảm bớt những tác động tiêu cực của sự biến động giá dầu, và đảm bảo anninh năng lượng quốc gia, Việt Nam cần chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu trongnước Xây dựng nhà máy lọc dầu sẽ tạo tiền đề cho ngành công nghiệp hoá chấtphát triển Các sản phẩm lọc dầu là nguyên liệu chủ yếu của quá trính sản xuấtpolime, các phụ gia bôi trơn, một số loại mĩ phẩm… Hiện nay, hơn 99% lượng dầu

mỏ xuất khẩu, 50% lượng sản phẩm dầu nhập khẩu do phương tiện nước ngoàichuyên trở

Việc sản xuất và tiêu thụ dầu trong nước sử dụng các phương tiện của ViệtNam làm cho ngành hàng hải, công nghiệp đóng tàu phát triển nhanh chóng Đây làhai ngành quan trọng, có khả năng tạo ra giá trị gia tăng lớn mà chúng ta có nhiềutiềm năng để phát triển Việt Nam đã quyết định đầu tư xây dựng nhà máy lọc dầuđầu tiên tại Dung Quất – Quảng Ngãi Dung Quất nằm trên địa bàn tỉnh QuảngNgãi, thuộc khu vực trung bộ của Việt Nam là nơi có tăng trưởng kinh tế thuộc loạithấp nhất cả nước [1]

Bản thân nhà máy lọc dầu đặt ở đây không trực tiếp tạo ra nhiều công ăn việclàm hay đóng góp cho ngân sách địa phương Nhưng với sự phát triển cơ sở hạ tầngbao gồm cảng nước sâu, giao thông đường bộ, điện, mạng lưới viễn thông… phục

vụ nhà máy lọc dầu (mà nếu không có nhà máy thì không có những đầu tư này)cùng với chính sách thông thoáng cởi mở sẽ thu hút được các dự án đầu tư trong vàngoài nước vào khu kinh tế Dung Quất nói riêng và của khu vực miền trung

Dung Quất có những lợi thế so sánh hấp dẫn: nằm ở vị trí trung điểm của ViệtNam và khu vực; có sân bay quốc tế Chu Lai, cảng biển nước sâu; có thành phố mớivới đầy đủ hạ tầng tiện ích và dịch vụ chất lượng cao; được hưởng những ưu đãi caonhất Việt Nam và được áp dụng thể chế, cơ chế quản lý thông thoáng, phù hợp vớithông lệ quốc tế và thích ứng với tính chất toàn cầu hoá kinh tế hiện nay… [1]

1.1.2 Nguyên liệu cung cấp cho nhà máy lọc dầu Dung Quất

Nhà máy lọc dầu Dung Quất được xây dựng trên địa bàn 2 xã Bình Trị vàBình Thuận trong khu kinh tế Dung Quất, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Nhàmáy có tổng vốn đầu tư trên 3 tỉ USD, công suất thiết kế là 6,5 triệu tấn dầu thô /năm Hợp đồng chính xây dựng NMLD Dung Quất đã được Petrovietnam ký với tổhợp nhà thầu Technip gồm các nhà thầu: Technip (Pháp), Technip (Malaysia), JGC(Nhật Bản) và Tecnicas Reunidas (Tây Ban Nha) Tổng diện tích phần đất và phầnmặt biển của nhà máy là 816,03ha trong đó: [1]

- Nhà máy chính: 110 ha.

- Khu bể chứa dầu thô, sản phẩm: 85,83 ha.

- Tuyến ống dẫn dầu thô, sản phẩm, cấp và xả nước biển: 94,46 ha.

- Bến cảng xây dựng, khu cảng xuất sản phẩm, hệ thống phao rót dầu không

bến (SPM), đường ống ngầm dưới biển và khu vực vòng quay tàu: 486,04 hađất và mặt biển Đường vào Nhà máy lọc dầu, khu nhà ở cho cán bộ, côngnhân viên tại Vạn Tường: 39,7 ha Dầu thô dùng làm nguyên liệu cho nhàmáy là dầu thô từ mỏ Bạch Hổ và dầu nhập khẩu Mỏ dầu Bạch Hổ nằm ở vịtrí Đông Nam, cách bờ biển Vũng Tàu khoảng 145km Đây là mỏ cung cấpdầu mỏ chủ yếu cho Việt Nam hiện nay Từ mỏ này có đường ống dẫn khíđồng hành vào bờ cung cấp cho nhà máy khí hóa lỏng Dinh Cố, nhà máyđiện Bà Rịa và trung tâm điện lực Phú Mỹ cách Vũng Tàu 40km

Mỏ Bạch Hổ hiện nay đang khai thác bằng chế độ tự phun, góp phần khôngnhỏ cho nền kinh tế nước nhà Dầu thô được khai thác từ mỏ Bạch hổ là loại dầu cóphẩm chất tốt, là dầu ngọt, nhẹ và hàm lượng tạp chất thấp Mỏ dầu Bạch Hổ có trữlượng khoảng 300 triệu tấn và được khai thác thương mại từ giữa năm 1986 Đây là

mỏ dầu lớn nhất Việt Nam và hiện nay đã đạt công suất khai thác tối đa Mỗi ngàykhai thác được từ mỏ này 38000 tấn dầu thô chiếm 80% sản lượng dầu thô ViệtNam Theo thiết kế, nhà máy lọc dầu Dung Quất sẽ sử dụng 100% dầu thô từ mỏBạch Hổ trong giai đoạn 1 và trong giai đoạn 2 sẽ chế biến dầu thô hỗn hợp ( 85%dầu thô Bạch hổ và 15% dầu chua Dubai ) khi đã nâng cấp, mở rộng phân xưởng xử

- Phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển (CDU);

- Phân xưởng xử lý naphtha bằng hyđro (NHT);

- Phân xưởng refornhỏ nhấtg xúc tác liên tục;

- Phân xưởng xử lý LPG (LTU);

- Phân xưởng thu hồi propylene (PRU);

- Phân xưởng xử lý kerosene (KTU);

- Phân xưởng xử lý naphta từ RFCC (NTU);

- Phân xưởng xử lý nước chua;

- Phân xưởng nước chua (SWS);

- Phân xưởng tái sinh anhỏ nhất (ARU);

- Phân xưởng trung hòa kiềm (CNU);

- Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU);

- Phân xưởng isomer hóa (ISOM);

- Phân xưởng xử lý LCO bằng hyđro (LCO-HDT)

 Khu bồn bể chứa

- Bể chứa dầu thô gồm 6 bể có tổng dung tích 390.000 m3

- Bể chứa trung gian

- Bể chứa sản phẩm

 Các hạng mục phụ trợ của nhà máy: Công suất các hạng mục phụ trợ và

ngoại vi như nhà máy điện, hệ thống cung cấp hơi, khí trơ, nhiên liệu, khí nén, xử lýnước thải, nhà hành chính, xưởng bảo dưỡng sửa chữa được thiết kế phù hợp vớinhu cầu công nghệ và yêu cầu vận hành của Nhà máy

 Các công trình biển

- Hệ thống phao rót dầu không bến nhập dầu thô tại vịnh Việt Thanh được

thiết kế để tiếp nhận tàu dầu có trọng tải 80.000 – 110.000 DWT

- Công suất 6 bến xuất sản phẩm của cảng kín bố trí tại vịnh Dung Quất như

sau:

+ Bến số 1 và 2 cho tàu có trọng tải tới 50.000 DWT;

+ Bến số 3, 4 và 5 cho tàu có trọng tải tới 30.000 DWT;

+ Bến số 6 cho tàu có trọng tải tới 30.000 DWT

- Đê chắn sóng được thiết kế bảo đảm việc xuất sản phẩm tại cảng kín liên tục

và an toàn

- Bến phục vụ cho giai đoạn xây dựng và phục vụ cho công tác bảo dưỡng các

công trình biển sau này

 Ngoài ra còn các cơ sở hạ tầng khác như

Hệ thống cung cấp điện cho giai đoạn xây dựng từ trạm biến áp Dung Quấtđến mặt bằng Nhà máy, khu cảng và hệ thống cung cấp điện dự phòng từ mạng lướiđiện quốc gia cho vận hành Nhà máy lọc dầu (nguồn 2)

- Hai đoạn đường nối Nhà máy với đường cao tốc và một đoạn đường nối khu

bể chứa sản phẩm với đường cao tốc (tổng cộng dài 2,5km)

- Nhà ở và cơ sở dịch vụ cho cán bộ, công nhân viên vận hành Nhà máy (khu

đê quai bao Sông Trà và khu nhà ở và cơ sở dịch vụ tại Vạn Tường) [1]

1.1.4 Sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất

Chủng loại sản phẩm: propylen, khí hóa lỏng (LPG), xăng ô tô không pha chì(xăng A-90/92/95 RON), nhiên liệu phản lực/dầu hỏa dân dụng, nhiên liệu diesel ô

tô (DO) và dầu nhiên liệu (FO)

Chất lượng sản phẩm: đối với các sản phẩm tiêu thụ trong nước tuân theo cáctiêu chuẩn chất lượng sản phẩm của Việt Nam Đối với các sản phẩm xuất khẩuphải đáp ứng các yêu cầu chất lượng xuất khẩu

Khi vận hành công suất ở mức 100% (dự kiến vào tháng 8-2009), mỗi thángNMLD Dung Quất sẽ sản xuất gần 150.000 tấn xăng, 240.000 tấn dầu diesel,khoảng 23.000 tấn LPG và các sản phẩm khác như propylene (trên 8.000 tấn), xăngmáy bay Jet-A1 (khoảng 30.000 tấn) và dầu FO (khoảng 25.000 tấn) NMLD DungQuất sẽ đáp ứng khoảng 30% nhu cầu sử dụng xăng dầu trong nước, từng bước bảođảm về an ninh năng lượng [1]

1.1.5 Nguồn nhân lực cho nhà máy

Nguồn nhân lực cho vận hành nhà máy được chủ đầu tư quan tâm hàng đầu.Sau khi tuyển chọn nguồn nhân lực, ban quản lý dự án và nhà thầu đã phối hợp đưa

đi đào tạo trong nước và nước ngoài Đến nay có hơn 1.046 người tham gia vậnhành nhà máy gồm các kỹ sư và công nhân ở khối kỹ thuật, công nghệ lọc hóa dầu,điện - điện tử, tự động hóa, cơ khí, công nghệ thông tin , trong đó có 510 kỹ sư,công nhân kỹ thuật là người Quảng Ngãi Hầu hết cán bộ kỹ sư, công nhân ở đâyđều rất trẻ, trên dưới 30 tuổi, đảm đương được các phần việc từ quản lý đến vậnhành sản xuất cho ra sản phẩm [1]

1.2 Tổng quan một số phân xưởng chính của nhà máy Lọc dầu Dung Quất

1.2.1 Sơ đồ các cụm phân xưởng chính của nhà máy

Dầu thô được bơm từ tàu chở dầu qua hệ thống SPM qua đường ống phânphối, đường ống dẫn dầu thô đến bể chứa dầu thô Sau khi qua bộ phận tách muối,

nó làm nguyên liệu cho phân xưởng đầu tiên của nhà máy – phân xưởng chưng cấtkhí quyển (CDU) và được gia nhiệt sơ bộ bằng các dòng sản phẩm và dòng bơmtuần hoàn trước khi vào lò gia nhiệt Tại đây dầu thô được phân đoạn thành một

số sản phẩm trong tháp chưng cất chính dựa trên sự khác nhau về độ bay hơitương đối của các cấu tử trong dầu thô [1]

Sản phẩm nhẹ từ đỉnh tháp chưng cất CDU được đưa qua cụm xử lý khí củaphân xưởng RFCC và sau đó qua phân xưởng xử lý khí hóa lỏng LPG

Dòng Naphtha được đưa tới phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro và sau đótới tháp tách Naphtha, tại đây dòng Naphtha được tách thành dòng Naphtha nhẹ

và dòng Naphtha nặng

- Dòng Naphtha nhẹ từ tháp tách được đưa đến phân xưởng Isomer hóa(ISOM)

- Dòng Naphtha nặng từ tháp tách được đưa đến phân xưởng Reforming xúctác liên tục (CCR)

Dòng Kerosene từ phân xưởng chưng cất khí quyển được đưa trực tiếp tới

bể chứa Kerosene hoặc được sử dụng làm nguyên liệu trộn để sản xuất Diesel vàdầu đốt, hoặc nó được đưa tới phân xưởng xử lý Kerosene (KTU) Tại phân xưởngKTU hàm lượng của mercaptan (RSH), Hydrosulfide (H2S) và acid Naphthenic(RCOOH) được giảm xuống và nước bị loại bỏ Kerosene đã xử lý sau đó được đưatới bể chứa tại đây nó được sử dùng làm nhiên liệu phản lực JetA1 [1]

Dòng dầu nhẹ LGO từ phân xưởng chưng cất khí quyển được bơm trực tiếptới các hệ thống pha trộn Diesel và cuối cùng tới bể chứa tại khu vực bể chứa sảnphẩm

Dòng dầu nặng HGO được bơm tới bể chứa tại nhà máy, từ đó nó được bơmtới hệ thống pha trộn Diesel/dầu đốt

Do nguyên liệu ban đầu là dầu thô Bạch Hổ (dầu ngọt) nên cặn chưng cấtkhí quyển có chất lượng tốt, làm nguyên liệu cho phân xưởng cracking xúc táctầng sôi (RFCC) - đây là một trong những phân xưởng quan trọng nhất của nhàmáy Các sản phẩm của RFCC như Heavy Naptha, LCO, DCO được đem đi phốitrộn các thành phẩm như Mogas 92/95, Auto Diesel và FO, hoặc làm dầu Flushing(dầu rửa)

Để ổn định các bán sản phẩm cũng như làm chức năng vận chuyển, cungcấp, lưu trữ thì nhà máy còn có hệ thống các bồn bể chứa (sản phẩm trung gian,thành phẩm) và các trạm bơm tương ứng, và các hệ thống phụ trợ khác [1]

1.2.2 Phân xưởng chưng cất dầu thô – CDU (Phân xưởng số 011)

Công suất thiết kế: 6,5 triệu tấn/năm (tương đương 148.000 thùng/ngàytrường hợp dầu ngọt và 141.000 thùng/ngày trường hợp dầu chua)

 Mô tả chung

Dầu thô được đưa vào phân xưởng chưng cất dầu thô và được gia nhiệt sơ

bộ bằng các dòng sản phẩm và dòng bơm tuần hoàn trước khi vào lò gia nhiệt

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ của nhà máy Lọc dầu Dung Quất [1]

Dầu thô được phân đoạn thành một số sản phẩm trong tháp chưng cất Sản phẩmNaphtha ở đỉnh được xử lý thêm trong một tháp ổn định và một thiết bị tách.

Các sản phẩm của phân xưởng chưng cất dầu thô được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Các sản phẩm của phân xưởng chưng cất dầu thô [1]

Toàn bộ phân đoạn Naphtha Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro (NHT)

Dầu nhẹ (LGO) Bể chứa ( Qua hệ thống blending)

Cặn chưng cất khí quyển (RA) Phân xưởng RFCC

Sản phẩm nhẹ từ đỉnh tháp chưng cất CDU được đưa qua cụm xử lý khícủa phân xưởng RFCC và sau đó qua phân xưởng xử lý khí hóa lỏng LPG

Dòng Naphtha được đưa tới phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro và sau

đó tới tháp tách Naphtha, tại đây dòng Naphtha được tách thành dòng Naphthanhẹ và dòng Naphtha nặng

Dòng Naphtha nhẹ từ tháp tách được đưa đến phân xưởng Isomer hóa

Dòng Naphtha nặng từ tháp tách được đưa đến phân xưởng Reforming xúctác liên tục

Dòng Kerosene từ phân xưởng chưng cất khí quyển được đưa trực tiếp tới

bể chứa Kerosene hoặc được sử dụng làm nguyên liệu trộn để sản xuất Diesel vàdầu đốt, hoặc nó được đưa tới phân xưởng xử lý Kerosene Tại phân xưởng KTUhàm lượng của mercaptan (RSH), Hydrosulfide (H2S) và acid Naphthenic(RCOOH) được giảm xuống và nước bị loại bỏ Kerosene đã xử lý sau đó đượcđưa tới bể chứa tại đây nó được sử dùng làm nhiên liệu phản lực JetA1

Dòng dầu nhẹ từ phân xưởng chưng cất khí quyển được bơm trực tiếp tới các

hệ thống pha trộn Diesel và cuối cùng tới bể chứa tại khu vực bể chứa sản phẩm.Dòng dầu nặng được bơm tới bể chứa tại nhà máy, từ đó nó được bơm tới

hệ thống pha trộn Diesel/dầu đốt

Phần cặn từ CDU được chuyển qua phân xưởng RFCC để nâng cấp lênthành các sản phẩm trung gian có giá trị thương phẩm cao hơn [1]

1.2.3 Phân xưởng xử lý Naphtha bằng hydro - NHT (Phân xưởng số 012)

- Công suất: 23.500 thùng/ngày

- Nhà cung cấp bản quyền: UOP

 Mô tả chung

Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro được thiết kế để xử lý toàn bộphân đoạn Naphtha từ phân xưởng chưng cất khí quyển Phân xưởng gồm một lòphản ứng xúc tác tầng cố định và tuổi thọ xúc tác tối thiểu 2 năm Các thiết bị sẽđược lắp đặt để tái sinh xúc tác Sản phẩm Naphtha từ phân xưởng xử lý Naphthabằng Hydro được dẫn trực tiếp đến tháp tách Naphtha Khí thoát ra từ phân xưởngNHT sẽ được đưa vào cụm xử lý khí của phân xưởng RFCC và được làm sạch bằngquá trình hấp thụ bằng Amine [1]

1.2.4 Phân xưởng reforming xúc tác liên tục - CCR (Phân xưởng số 013)

- Công suất: 21.100 thùng/ngày

- Nhà cung cấp bản quyền: UOP

ổn định

Sản phẩm reformat được đưa trực tiếp tới bể chứa tại nhà máy lọc dầu.LPG chưa ổn định được chia làm 2 dòng : đi qua bể chứa sản phẩm trung gian(Offspec LPG) và đi vào phân xưởng LTU (Unit 016) [1]

1.2.5 Phân xưởng xử lý Kerosene - KTU (Phân xưởng số 014)

- Công suất: 10.000 thùng/ngày

- Nhà cung cấp bản quyền: Merichem

- Công nghệ: Tiếp xúc màng-sợi (Fiber-Film)

 Mô tả chung

Phân xưởng xử lý Kerosene được thiết kế để giảm hàm lượng mercaptan(RSH), hydrosulfide (H2S) và acid naphthenic (RCOOH) từ nguyên liệu là Kerosene

chưng cất trực tiếp sinh ra trong CDU Xút tinh khiết dùng cho phân xưởng đượccung cấp từ các thiết bị bên ngoài với nồng độ thích hợp Phân xưởng xử lýKerosene loại bỏ toàn bộ nước ra khỏi sản phẩm Tiêu chuẩn sản phẩm đạt đượcbằng chiết một giai đoạn.

Sản phẩm từ phân xưởng xử lý Kerosene được dẫn tới bể chứa, từ bể chứa

nó được bán như nhiên liệu phản lực JetA1 hoặc sử dụng làm nguyên liệu trộnDiesel Phân xưởng xử lý Kerosene tạo ra Kerosene đáp ứng tiêu chuẩn nhiên liệuphản lực JetA1 [1]

1.2.6 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi (RFCC) (Phân xưởng số 015)

- Công suất: 69.700 thùng/ngày

- Nhà cung cấp bản quyền: IFP

 Chế độ vận hành

- Max Naphtha RFCC (Tối đa xăng)

- Max Distillat (Tối đa LCO)

 Mô tả chung

Phân xưởng RFCC nhận trực tiếp phần cặn chưng cất khí quyển nóng từphân xưởng chưng cất khí quyển, hoặc phần cặn nguội từ bể chứa

Cụm chuyển hóa và phân tách: gồm có thiết bị phản ứng, thiết bị tái sinh,

tháp chưng cất chính, thiết bị kiểm soát xúc tác và các thiết bị phụ trợ khác

Bộ phận chuyển hóa của phân xưởng RFCC sẽ chế biến ra các dòng sau:

+ Dòng khí ướt được dẫn tới cụm xử lý khí RFCC

+ Dòng naphta được dẫn tới phân xưởng NTU

+ Dòng dầu nhẹ (LCO) được đưa đến bể chứa và phân xưởng LCO-HDT.+ Dòng dầu cặn (DCO) được đưa tới hệ thống pha trộn dầu đốt hoặcbồn chứa dầu đốt dùng cho nhà máy

Cụm xử lý khí RFCC: cụm xử lý khí RFCC gồm có hai tháp hấp thụ bằng

Amine và một thiết bị stripping để xử lý khí nhiên liệu và khí hóa lỏng LPG trướckhi chúng ra khỏi thiết bị và sẽ sử dụng dòng Amine sạch từ tháp tái sinhAmine (ARU) Dòng Amine bẩn sẽ được đưa trở lại ARU để tái sinh [1]

Dòng khí ướt và sản phẩm đỉnh từ tháp chưng cất chính được đưa tới cụm xử

lý khí của phân xưởng RFCC, sẽ tạo ra các dòng sau:

+ Dòng FG chưa bão hòa đi ra từ tháp hấp thụ bằng Amine.

+ Dòng hỗn hợp C3/C4 được đưa tới phân xưởng xử lý LPG (LTU)trước khi phân tách ra trong phân xưởng thu hồi Propylene (PRU).+ Toàn bộ dòng Naphtha thu hồi được đưa tới phân xưởng xử lý Naphthacủa phân xưởng RFCC (NTU)

1.2.7 Phân xưởng xử lý LPG - LTU (Phân xưởng số 016)

- Công suất: 21.100 thùng/ngày

- Nhà cung cấp bản quyền: Merichem

- Công nghệ: Tiếp xúc màng-sợi (Fiber-Film)

 Mô tả chung

Phân xưởng xử lý LPG được thiết kế làm giảm hàm lượng mercaptan,carbonyl sulfide và H2S trong dòng LPG bằng thiết bị tiếp xúc FILBER-FILMTM(hấp thụ bằng Amine) trước khi đưa tới phân xưởng thu hồi Propylene

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

- Công suất: 45.000 thùng/ngày

- Nhà cung cấp bản quyền: Merichem

- Công nghệ: Tiếp xúc màng-sợi (Fiber-Film)

 Mô tả chung

Phân xưởng xử lý Naphtha được thiết kế làm giảm hàm lượngmercaptan, carbonyl sulfide và H2S trong dòng Naphtha bằng thiết bị tiếp xúcFILBER-FILMTM

Sản phẩm từ phân xưởng NTU được đưa tới hệ thống phối trộn xăng hoặc tới

bể chứa light slop nếu sản phẩm không đạt chất lượng

Xút sạch ở nồng độ thích hợp được cung cấp cho phân xưởng để dùng cho

xử lý Xút đã qua sử dụng từ tháp xử lý được dẫn tới phân xưởng trung hòa kiềm(CNU)

1.2.9 Phân xưởng xử lý nước chua - SWS (Phân xưởng số 018)

 Mô tả chung

Phân xưởng xử lý nước chua (SWS) được thiết kế để xử lý các dòng nướcchua được trộn từ phân xưởng CDU, NHT, RFCC, LCODHT, hệ thống đuốc chua

và CCR

Nước đã qua xử lý được đưa đến phân xưởng CDU sử dụng để tách muốihoặc đến phân xưởng ETP.

Phân xưởng xử lý nước chua SWS được thiết kế với lưu lượng nguyênliệu 82.91m3/h và 74.2m3/h tương ứng với trường hợp chạy dầu hỗn hợp và dầuBạch Hổ Phân xưởng này có khả năng vận hành với công suất từ 40% đến 100%lưu lượng thiết kế [1]

Phân xưởng SWS được thiết kế để đạt được tiêu chuẩn của dòng nước được

đề cập ở bảng 1.2 sau khi được xử lý như sau:

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn dòng nước chua sau xử lý [1]

Nước chua từ các phân xưởng CDU, NHT và RFCC được đưa tới bình ổnđịnh, tại đây dòng nước chua được tách khí và gạt váng dầu trên bề mặt Dòng khíchua này được đưa tới đầu đuốc đốt khí chua Hỗn hợp nước chua được bơm quathiết bị trao đổi nhiệt nguyên liệu và sản phẩm đáy tới cột tách, tại đây ammoniac vàH2S hòa tan được loại ra khỏi nước chua

Nước đã khử chua được làm mát bằng dòng nguyên liệu và không khí trướckhi dẫn tới phân xưởng xử lý nước thải

1.2.10 Phân xưởng tái sinh Amine - ARU (Phân xưởng số 019)

 Mô tả chung

Phân xưởng tái sinh amine (ARU) được thiết kế để tách hyđro sunphua rakhỏi dòng amine bẩn quay về từ các tháp hấp thụ của phân xưởng Cracking xúc tác(FCC)và phân xưởng xử lý LCO bằng hydro (LCOHDT), và cung cấp amine sạchtrở lại cho các phân xưởng nói trên

Phân xưởng ARU thiết kế để tái sinh 102,5 m3/h amine bẩn trong trườnghợp dòng nguyên liệu vào tháp tái sinh amine chứa 0,29mol H2S/mol DEA

Phân xưởng ARU có khả năng vận hành trong khoảng 50% đến 100% côngsuất thiết kế của phân xưởng

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn sản phẩm của phân xưởng tái sinh amine

Dòng Amine bẩn từ phân xưởng RFCC được đưa tới bình ổn định để tách

bỏ các hydrocarbon và khí khỏi Amine Dầu hớt ra được dẫn tới bể chứa dầu thảinhẹ và khí chua được làm sạch và dẫn tới hệ thống khí nhiên liệu

Dòng Amine bẩn được đưa tới thiết bị trao đổi nhiệt giữa nguyên liệu vàsản phẩm, rồi tới tháp tái sinh để tách hydrosulfide (H2S)

Khí chua từ đỉnh cột được ngưng tụ và hồi lưu, và khí chua còn lại nồng độcao được đưa đến đuốc đốt khí chua

Dòng Amine sạch tách ra được làm mát bằng dòng nguyên liệu và khôngkhí Amine sạch sau đó được xử lý bằng tác nhân chống tạo bọt và bơm ngược trởlại các tháp hấp thụ H2S trong phân xưởng RFCC Một phần dòng Amine được lọc

để loại bỏ tạp chất

Trong trường hợp phân xưởng dừng hoạt động, một bể có khả năng chứatoàn bộ lượng Amine đã qua sử dụng Amine sạch được chứa trong một bể nhỏ bổsung để pha chế dung dịch Amine ban đầu và dung dịch Amine bổ sung [1]

1.2.11 Phân xưởng trung hòa kiềm - CNU (Phân xưởng số 020)

 Mô tả chung

Phân xưởng trung hòa kiềm có khả năng xử lý dòng kiềm từ phân xưởng xử

lý LPG (LTU), phân xưởng xử lý Kerosen (KTU) và phân xưởng xử lýNaphtha sau cracking xúc tác tầng sôi RFCC(NTU) Ngoài ra, phân xưởng này còn

có khả năng xử lý dòng nước kiềm từ quá trình tái sinh trong phân xưởng xử lýNaphtha bằng Hydro (NHT)

Xút thải được tách khí và sau đó được trung hòa bằng acid sulfuric Nướcmuối trung hòa được đưa tới phân xưởng xử lý dòng thải Khí chua sinh ra từphân xưởng được đưa đến đuốc đốt khí chua Các dòng đưa tới phân xưởng trên cơ

sở từng mẻ và liên tục [1]

1.2.12 Phân xưởng thu hồi Propylene - PRU (Phân xưởng số 021)

 Mô tả chung

Phân xưởng thu hồi Propylene được thiết kế để xử lý dòng hỗn hợp C3/C4

từ phân xưởng xử lý LPG Phân xưởng PRU sẽ tách và tinh chế Propylene để đạtđược đặc tính kỹ thuật của loại Propylene 99.6% khối lượng Cụm phân xưởng PRUgồm có 3 tháp chính: tháp T2101 tách C4+ ra khỏi hỗn hợp C3-, tháp T2102 tách cáckhí C2- ra khỏi C3 và tháp T2103 tách C3= ra khỏi C3 Sản phẩm Propylene

từ cột tách propane/Propylene tiếp tục được xử lý trước khi đi qua khu vực PP(Polypropylene) [1]

1.2.13 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh - SRU (Phân xưởng số 022)

Phân xưởng SRU được thiết kế với năng suất 5 tấn/ngày của sản phẩmlưu huỳnh lỏng đã tách khí, với hiệu suất thu hồi lưu huỳnh tối thiểu là 95% củalượng lưu huỳnh vào phân xưởng SRU

Nồng độ phát tán các khí NOx, SOx, và CO từ lò đốt của phân xưởng sẽđáp ứng tiêu chuẩn chất lượng khí Việt Nam (TVCN 5939-1995.) [1]

1.2.14 Phân xưởng đồng phân hóa - ISOM (Phân xưởng số 023)

- Công suất: 6.5000 thùng/ngày

- Nhà cung cấp bản quyền: UOP

 Mô tả chung

Phân xưởng đồng phân hóa sẽ được bổ sung để tạo ra sản phẩm Isomate cóchỉ số octane cao bằng cách sử dụng nguyên liệu là Naphtha nhẹ đã xử lý hydro

từ phân xưởng NHT [7]

1.2.15 Phân xưởng xử lý LCO bằng hydro (Phân xưởng số 024)

- Công suất: 1.320.000 tấn/năm

- Nhà cung cấp bản quyền: IFP (Axens)

 Mô tả chung

Phân xưởng LCO-HDT sẽ được bổ sung để xử lý dòng LCO từ phânxưởng RFCC để nó có thể được phối trộn vào Diesel ô tô, bằng cách xử lý LCObằng hydro làm tăng sự ổn định [1]

CHƯƠNG 2 – TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CRACKING

XÚC TÁC TẦNG SÔI – RFCC2.1 Mục đích và công suất của phân xưởng

Công suất thiết kế của phân xưởng là 69.700 thùng ngày (BPSD) (hoạt độngliên tục 8.000h/năm), xử lý cặn chưng cất khí quyển từ các loại dầu thô sau:

- Dầu Bạch Hổ

- Hỗn hợp dầu Bạch Hổ và dầu Dubai

Phân xưởng RFCC được thiết kế để xử lý cả hai loại dầu thô Bạch Hổ vàdầu phối trộn với tỷ lệ dầu Bạch Hổ/dầu Dubai là 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% dầuthô Dubai Phân xưởng RFCC có khả năng vận hành ở 2 chế độ khác nhau:

- Maximine RFCC Naphtha (Max Gasoline)

- Maximine LCO (Max Distillate)

Phân xưởng RFCC có thể xử lý 100% dầu cặn nóng trực tiếp từ phânxưởng CDU hay có thể xử lý đến 100% dầu cặn nguội từ bể chứa nhờ hệ thốnggia nhiệt và thu hồi nhiệt

Mục đích chính của phân xưởng craking xúc tác tầng sôi dầu cặn (ResidueFluid Catalytic Craking) công nghệ R2R là chuyển hóa nguyên liệu cặn thành cácsản phẩm phân đoạn nhẹ, có giá trị như: LPG, xăng, nguyên liệu Diesel (light cycleoil) Nhờ các phản ứng hóa học ở dạng hơi với sự có mặt của xúc tác, các phân tửhydrocacbon mạch dài trong nguyên liệu sẽ được bẻ gãy thành các phân tử mạchngắn Xúc tác tái sinh nóng cung cấp nhiệt cho quá trình cracking, làm bay hơinguyên liệu dầu đã được nguyên tử hóa và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trìnhcracking nhanh và có tính chọn lọc Sự hóa hơi nguyên liệu và các phản ứngcracking xảy ra trong ống phản ứng trong khoảng 2 giây Các sản phẩm của phảnứng như khí đốt, dầu cặn (slurry) và cốc cũng được tạo thành trong ống phản ứng.Phần lớn các thiết bị trong phân xưởng FCC dùng để chứa xúc tác, phân tách hơisản phẩm và tách cốc khỏi xúc tác, trong khi đó chỉ một phần nhỏ trong hệ thốngđược sử dụng trực tiếp cho phản ứng cracking

Công nghệ RFCC của AXENS kết hợp 2 tầng tái sinh xúc tác, hệ thốngphun nhiên liệu đồng nhất, dòng điều khiển nhiệt (mixed temperature control), hệthống tách cuối ống nâng và các thiết bị phân phối không khí, hơi nước Công nghệ

thực nghiệm RFCC của AXENS có thể chuyển hóa cặn chưng cất thành sản phẩmvới độ linh hoạt cao.

Phần tháp chưng cất phân tách sản phẩm hơi từ thiết bị phản ứng Các sảnphẩm gồm dầu cặn (clarified oil), LCO và xăng nặng Để tối đa sản phẩm xăng,phần xăng nặng được trộn với xăng nhẹ từ phân xưởng thu hồi khí Để tối đa sảnphẩm Diesel, phần xăng nặng sẽ được trộn với LCO

Phần hơi và lỏng ở đỉnh tháp chưng cất được xử lý tại phân xưởng thu hồikhí Sản phẩm của phân xưởng này gồm xăng nhẹ, khí đốt và LPG được xử lýamine

Hình 2.1 Cụm phân xưởng RFCC/LTU/NTU/PRU

2.2 Nguyên liệu và sản phẩm phân xưởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất

2.2.1 Nguyên liệu

Nhà máy lọc dầu Dung Quất hoạt động với nguồn nguyên liệu là 100% dầuBạch Hổ hoặc hỗn hợp dầu Bạch Hổ + dầu Dubai (5,5/1)

Theo đánh giá của viện dầu mỏ UOP (Mỹ), thì cặn chưng cất khí quyển AR

có thể được sử dụng trực tiếp làm nguyên liệu cho phân xưởng RFCC mà không cần

xử lý bằng chưng cất chân không và không cần cụm xử lý lưu huỳnh rất tốn kém,

điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm tối thiểu đầu tư cho việc xây dựngcác nhà máy lọc dầu.

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quan các phân xưởng chế biến của nhà máy lọc dầu Dung Quất

Từ hình trên ta có thể thấy nguyên liệu của phân xưởng RFCC được lấy trựctiếp từ phần cặn AR mà không qua các phân xưởng xử lý như HDS, chưng cất chânkhông

Dầu Bạch Hổ được xem là loại dầu thô sạch, ít lưu huỳnh, ít kim loại nặngnhư vanadi, niken, ít nitơ, ít thành phần nhựa và asphanten và có giá trị cao trên thịtrường thế giới

Bảng 2.1 Thành phần mỏ dầu Bạch Hổ[ 4]

Hiệu suất so với dầu thô % thể tích 47,3

Hiệu suất so với dầu thô % khối lượng 50,1

Tỷ trọng d15

Hàm lượng Niken ppm khối lượng 1

2.2.2 Sản phẩm phân xưởng RFCC nhà máy

Bảng 2.2 Cơ cấu sản phẩm theo điểm cắt tiêu chuẩn

Hiệu suất sản

phẩm,

% khối lượng

Bạch Hổ (Tối đa phân đoạn

xăng)

Bạch Hổ (Tối đa phân đoạn trung

0,10000,50970,46240,4279

1,22623,54232,70520,67061,17001,17973,16450,0145

lượng

2.3 Công nghệ RFCC của nhà máy lọc dầu Dung Quất

Nhà máy lọc dầu Dung Quất lựa chọn công nghệ cracking xúc tác của haihãng IFP – Total và Stone & Webster, công nghệ tái sinh xúc tác 2 cấp có tên

“R.2.R” (hay Reactor_2_Regenerator

Ưu điểm nổi bật nhất của hệ thống RFCC của hãng là khả năng chế biến được

đa dạng nguồn nguyên liệu, do có hệ thống hoàn nguyên 2 giai đoạn:

Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ RFCC

Hình 2.4 Sơ đồ R.2.R của hãng IFFP

Quá trình hoạt động của phân xưởng RFCC được quyết định bởi mối quan hệgiữa nguyên liệu, thông số vận hành, xúc tác, thiết kế công nghệ và hệ thống điềukhiển thiết bị Để phân xưởng RFCC hoạt động hiệu quả nhất cần tối ưu các thông

số vận hành trong các giới hạn về nguyên liệu, thiết bị và các ràng buộc về môitrường Để hiểu rõ hơn về công nghệ cracking của NMLD Dung Quất cần phân tích

sự ảnh hưởng của những yếu tố sau đây [1,4]

2.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đầu ra của ống đứng

Nhiệt độ đầu ra của ống đứng (Riser Outlet Temperature: ROT) thông thườngđược cài đặt để đạt được độ chuyển hóa như mong muốn Điển hình là trong chế độhoạt động tối đa phân đoạn trung bình thì nhiệt độ khoảng 510oC còn trong chế độtối đa xăng là 525oC đến 530oC Nhiệt độ này được điều khiểnbởi lượng xúc tác đi

từ thiết bị tái sinh, nhiệt độ dòng nguyên liệu.[6,8]

Khi xúc tác nóng tiếp xúc với nguyên liệu ở đáy của ống đứng thì nguyên liệugần như bay hơi ngay lập tức Hỗn hợp đồng nhất của nguyên liệu và xúc tác lúcnày cao hơn xấp xỉ 30oC đến 40oC so với nhiệt độ trên đỉnh ống đứng [11] Nếunhiệt độ ban đầu quá cao thì rất dễ gây ra phản ứng cracking nhiệt, còn phản ứngcracking xúc tác xảy ra sau khi nguyên liệu hóa hơi và tiếp xúc với các tâm hoạttính của xúc tác Khi phản ứng cracking xúc tác xảy ra, hỗn hợp xúc tác và dầu dichuyển đi lên trong ống đứng và nhiệt độ sẽ giảm xuống do phản ứng cracking làphản ứng thu nhiệt Trên đỉnh của ống đứng, số mol của sản phẩm gấp từ 3,5 đến

5 lần so với nguyên liệu vào Nhiệt độ trong ống đứng có mối quan hệ khá phức tạpvới hiệu suất thu sản phẩm trong công nghệ RFCC.[1,13]

Nhìn chung thì nhiệt độ trong ống đứng tăng lên kéo theo các trường hợp sauđây:

+ Tăng hiệu suất chuyển hóa

+ Tăng hiệu suất tạo khí khô

+ Tăng hiệu suất tạo LPG

+ Tăng trị số Octan của xăng

+ Giảm hiệu suất tạo LCO, cặn và tăng thêm một lượng nhỏ sản phẩm cốc Định lượng được sự thay đổi trên còn phụ thuộc vào cân bằng vật chất và cânbằng nhiệt lượng cũng như sự tương quan về hiệu suất các phân đoạn sản phẩm

2.3.2 Ảnh hưởng của hoạt tính xúc tác

Thông thường trong quá trình cracking, hoạt tính xúc tác được đo bằng haiphương pháp khác nhau: đo trong thực tế vận hành hoặc trong phòng thí nghiệm Mỗi mẫu xúc tác cân bằng sẽ được đưa tới phòng thí nghiệm hằng tuần đểkiểm tra hoạt tính, diện tích bề mặt, mật độ, thể tích lỗ xốp, sự phân bố kích thước

lỗ xốp, hàm lượng kim loại…

Trong quá trình cracking xúc tác phân đoạn cặn, cần thiết phải đưa ra mốiquan hệ trực tiếp giữa phép đo trong phòng thí nghiệm và thực tế vận hành Việcnày rất phức tạp vì còn xét những thông số vận hành của nhà máy.[1,3,8]

Hoạt tính xúc tác được theo dõi trong quá trình vận hành Độ chuyển hóa đượctính toán từ các hiệu suất sản phẩm của thiết bị, bao gồm hiệu suất sản phẩm khíxăng và cốc Việc theo dõi sát sao hiệu suất sản phẩm, thành phần kim loại và diện

tích bề mặt xúc tác là cách tốt nhất để duy trì hoạt tính xúc tác ở mức độ mongmuốn

Hoạt tính xúc tác cân bằng được duy trì bằng việc bổ sung xúc tác mới trongquá trình vận hành Yêu cầu về lượng xúc tác mới cần bổ sung phụ thuộc vào chấtlượng nguyên liệu, độ chuyển hóa mong muốn, điều kiện vận hành và loại xúc tác

sử dụng Thông thường lượng xúc tác bổ sung chiếm khoảng 1% lượng xúc tácđang sử dụng để duy trì độ chuyển hóa như mong muốn Cần theo dõi thường xuyêncác tính chất của xúc tác cân bằng và nồng độ các kim loại (như Ni, V, Na…) theoyêu cầu để điều chỉnh lượng xúc tác bổ sung

Hoạt tính của xúc tác RFCC cân bằng được đo bằng các thiết bị MAT(microactivity test) trong phòng thí nghiệm Phép đo sẽ cho biết hoạt tính của xúctác với một nguyên liệu chuẩn và thực hiện trong các điều kiện chuẩn Kết quả nàyđáng tin cậy và sẽ giúp ta dự đoán được hoạt tính xúc tác ở thực tế nhà máy Cầnlưu ý các yếu tố gây mất hoạt tính xúc tác nhanh chóng (chỉ trong vòng vài giờ):nhiệt độ của thiết bị tái sinh và lượng hơi nước phân tách đột ngột tăng mạnh Quantrọng nhất là độ chuyển hóa của phân xưởng sẽ tăng khoảng 0,5 đến 0,7 % thể tíchứng với hoạt tính MAT trong phòng thí nghiệm tăng 1% khối lượng Sự tăng caohoạt tính xúc tác (hay độ chuyển hóa) còn làm tăng hiệu suất tạo cốc, khí nhưngkhông nhiều bằng khi ta tăng nhiệt độ của ống đứng Trị số octan của xăng nhìnchung không bị ảnh hưởng nhiều bởi hoạt tính xúc tác

2.3.3 Ảnh hưởng nguồn nguyên liệu

Chất lượng nguyên liệu là thông số quan trọng nhất trong việc quyết định hiệusuất sản phẩm của RFCC Thành phần hydrocacbon của nguyên liệu không chỉquyết định đến cơ chế phản ứng mà còn quyết định đến cơ cấu và chất lượng sảnphẩm RFCC [3,5]

Nguyên liệu càng nhiều hợp chất thơm thì độ chuyển hóa sẽ thấp hơn và giảmhiệu suất tạo xăng, C3, C4 còn hiệu suất LCO, HCO, cặn đáy, cốc và khí khô thìtăng

2.2.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng kim loại trong nguyên liệu

Kim loại trong nguyên liệu có tác động xấu đến quá trình cracking Các kimloại (Ni, V, Cu, Fe,…) có trong nguyên liệu sẽ bám vào các tâm hoạt tính của xúctác, thông qua một cơ chế phản ứng phức tạp và dẫn đến làm mất hoạt tính xúc tác.Quá trình hấp phụ một lượng kim loại nhất định lên xúc tác xảy ra dần dần và nếu

lượng kim loại vượt quá 10.000 ppm thì quá trình làm mất hoạt tính xúc tác xảy ranhanh chóng hơn Nếu như hàm lượng kim loại trong nguyên liệu không thể thấp đểhạn chế quá trình phá hủy xúc tác thì lượng xúc tác bổ sung vào để thay thế xúc tác

bị mất hoạt tính sẽ phải tăng lên nhằm giữ cho lượng kim loại trên xúc tác ở mứccho phép.[1,6]

Niken và Vanadi sẽ bám vào xúc tác gây ra phản ứng tách hydro và phản ứngtạo cốc Ngoài ra Vanadi còn tương tác với zeolite trong xúc tác, phá hủy cấu trúctinh thể của zeolite và đó là nguyên nhân gây mất hoạt tính xúc tác

Nguồn gốc của cốc chủ yếu là cặn carbon conradson và hydrocacbon có khốilượng phân tử lớn, không thể hóa hơi trong điều kiện của của phân xưởng RFCC.Một lượng lớn các chất này (hơn 80%) bám lên bề mặt xúc tác và sau đó chuyểnhóa thành cốc làm che phủ các tâm hoạt tính xúc tác Điều này làm tăng hiệu suấtcốc và làm tăng nhiệt độ của thiết bị tái sinh

Natri và các kim loại kiềm khác cũng gây ngộ độc xúc tác (cần phải lưu ý hàmlượng Na trong nguyên liệu không nên vượt quá 1 ppm) Natri làm giảm khả năngchịu nhiệt của xúc tác ở nhiệt độ cao

2.2.3.2 Hàm lượng lưu huỳnh và nitơ trong nguyên liệu

Lưu huỳnh và nitơ trong nguyên liệu có tác dụng cản trở quá trình crackingnhưng tác hại này ít hơn so với V, Ni Cả lưu huỳnh và nitơ sẽ “trói buộc” các ion

H+ - một yếu tố quan trọng trong phản ứng cracking

Hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu chỉ có ảnh hưởng nhỏ đến độchuyển hóa và hiệu suất của phân xưởng RFCC Khi hàm lượng lưu huỳnh cao dẫnđến hiệu suất tạo H2S lớn Do đó lượng SOx từ thiết bị tái sinh và lượng lưu huỳnhphân bố trong các sản phẩm lỏng sẽ tăng lên Điều này ảnh hưởng lớn đến khả năngđảm bảo các tiêu chuẩn môi trường của nhà máy

Hàm lượng nitơ cũng làm giảm đáng kể độ chuyển hóa của phân xưởngRFCC Nguyên liệu thơm có chứa nhiều hợp chất của nitơ Loại nguyên liệu này cóthể làm tăng trị số octan của xăng là do chứa nhiều olefin hơn (được đánh giá thôngqua chỉ số Brom) Khi hàm lượng nitơ cao, hoạt tính xúc tác thường cao để bù lạitác hại của nó

2.2.3.3 Ảnh hưởng của cặn carbon

Cặn carbon conradson trong nguyên liệu thể hiện khả năng tạo cốc bám trên

bề mặt xúc tác Chính lượng cốc này được đốt để sinh ra nhiệt trong thiết bị tái sinh.Lượng cốc càng nhiều thì nhiệt độ của thiết bị tái sinh càng cao Trong sự phát triểncủa công nghệ R2R, mức giới hạn về nhiệt độ được mở rộng để có thể nâng cao hơnlượng cốc bị đốt Cần lưu ý là chỉ có khoảng 50% carbon conradson chuyển thànhcốc, phần còn lại chuyển thành các sản phẩm khí Khi hàm lượng carbon conradsontăng lên thì nhiệt độ của tầng tái sinh xúc tác thứ hai có xu hướng tăng theo Việcđiều chỉnh vào thông số vận hành nhất định, ví dụ như: nhiệt độ nguyên liệu, áp suấtvùng phân tách xúc tác, lượng hơi nước phun vào, lượng hơi nước stripping có thể

bù lại được yếu tố trên

2.3.4 Thông số vận hành phân xưởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất

Bảng 2.3 Thông số vận hành phân xưởng RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất

Chế độ vận hành với dầu

Tối đa phân đoạn trung

bình Thông số vận hành

Ống đứng (RISER)

Lưu lượng nguyên liệu, kg/

Tỷ lệ đốt cốc, % khối

Dòng vào

Nhận xét: Hoạt tính MAT ở hai chế độ vận hành là khá khác nhau: 75% khối lượng

ở chế độ tối đa xăng và 60% khối lượng ở chế độ tối đa phân đoạn trung bình Nhiệt

độ đầu ra của ống đứng là điểm khác biệt đáng kể của hai chế độ vận hành (518oC

so với 505oC) và làm ảnh hưởng lớn đến độ chuyển hóa của phân xưởng RFCC(80,76% khối lượng và 61,88% khối lượng)

2.4 Xúc tác cho quá trình RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất

2.4.1 Thành phần cấu tạo xúc tác nhà máy

Xúc tác RFCC bao gồm hai hợp phần chính là zeolite và chất nền (matrix).Ngoài ra có thể có các loại phụ gia và thành phần khác Zeolite chiếm 10÷50% khốilượng của xúc tác Chất nền chiếm phần tỷ lệ còn lại, bao gồm các thành phần: đấtsét, chất kết dính và nhôm hoạt tính.[1,2,3,7]

Hình 2.5 Cấu tạo hạt xúc tác

Hình 2.6 Ảnh chụp SEM của hạt xúc tác FCC

Hợp phần của xúc tác được chế tạo bởi các hãng khác nhau có thể thay đổi vềchủng loại và hàm lượng, nhưng đều được kiểm tra nghiêm ngặt về chất lượng.Chúng được sản xuất ở các dạng vi cầu, đường kính từ 20 ÷ 100 µm Kích thướchạt trung bình của xúc tác là 65 µm

2.4.1.1 Pha hoạt tính Zeolite

Zeolite chứa từ 10 đến 50% khối lượng hạt xúc tác và quyết định chính đếnkhả năng cracking của xúc tác, hiệu suất sản phẩm xăng, LPG [9,10]

Zeolite dùng trong sản xuất xúc tác RFCC được tổng hợp từ zeolite tự nhiên(faujastite) Có khoảng 40 loại zeolite tự nhiên và 150 loại zeolite tổng hợp đã công

bố, nhưng chỉ một số zeolite tổng hợp là được ứng dụng Những kiểu zeolite sửdụng trong xúc tác RFCC là kiểu X, kiểu Y Zeolite X và Y có cùng cấu trúc tinhthể chỉ khác nhau tỷ lệ SiO2/Al2O3 Kiểu X có độ bền nhiệt và thủy nhiệt thấp hơnkiểu Y (do có nhiều Al hơn) Hiện nay phần lớn xúc tác RFCC sử dụng zeolite kiểu

Hình 2.7 Hình dạng zeolite

Zeolite loại Y có khung tinh thể ba chiều tạo thành các tứ diện [SiO4] hay[AlO4]- Các tứ diện này sẽ kết hợp với nhau theo đỉnh Liên kết – Si – O – Al – tạothành các lỗ xốp trên bề mặt có đường kính cố định cùng các hốc, kênh có kíchthước từ 4 – 8 Å, chính các hốc có thể chứa các cation bù trừ và các phân tử nước.Các cation này dễ dàng được trao đổi và được đưa ra khỏi zeolite hình thành tínhaxit của zeolite

Do trạng thái oxy hóa của Si+4 và Al+3 nên các tứ diện có tâm là Si sẽ trung hòađiện, còn các tứ diện có tâm Al sẽ mang điện tích âm (–) Điện tích âm này đượctrung hòa bởi một ion dương (cation kiềm Na+, K+ hay Ca2+ ) các cation này đượcgọi là cation bù trừ Sự trao đổi ion có thể diễn ra bằng cách thay thế một phần hoặctoàn bộ các cation bù trừ bằng proton H+

Dung dịch chứa NaOH thường được sử dụng trong tổng hợp zeolite Do đóloại zeolite có Na trung hòa điện tích này được gọi là zeolite soda Y hay NaY.Zeolite NaY không bền thủy nhiệt do chứa nhiều Na Ion NH4+ được dùng để thaythế Na, sau khi sấy zeolite, NH3 bay hơi để lại H+ trên zeolite, hình thành tâm axit.Ion H+ sau đó có thể được trao đổi bằng kim loại đất hiếm (ký hiệu là RE), làm tăng

độ axit của zeolite

Như vậy, các zeolite Y được đưa vào xúc tác RFCC dưới các dạng khác nhau: + Trao đổi một phần hoặc hoàn toàn với đất hiếm tạo các dạng REHYhoặc REY

+ Biến tính bằng phương pháp xử lý nhiệt hoặc xử lý hóa học tạo cácdạng zeolite khử cation – siêu bền: H-USY, RE-H-USY (Ultra_Stablezeolite Y)

 Tính axit của zeolite

Hoạt tính của xúc tác tạo nên bởi các tâm axit Có hai loại tâm axit tồn tạitrong zeolite: Bronsted và Lewis Độ axit Bronsted được tạo ra chủ yếu là do cácnhóm hydroxyl axit gắn với mạng zeolite, trong khi đó, độ axit Lewis là do cácdạng Al ngoài mạng (có xu hướng nhận thêm các cặp electron để lấp đầy orbital p)

Sự có mặt của một ít aluminosilicat vô định hình cũng đóng góp vào độ axit củazeolite Sau khi xử lý thủy nhiệt độ axit Lewis và Bronsted đều giảm.[1,4,5]

Nghiên cứu độ axit của nhiều zeolite Y khác nhau đã dẫn đến kết luận rằng,các zeolite USY có chứa các tâm axit mạnh hơn so với các zeolite Y chưa xử lý(loại nhôm để tăng tỷ số Si/Al) Trong zeolite Y giàu silic, mỗi một tâm Al trongmạng đều gắn với một tâm axit mạnh, sự có mặt của các tâm nhôm ngoài mạngcũng ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính xúc tác cracking, isomer hóa hydrocarbon.Câu hỏi về bản chất và vai trò của nhôm ngoài mạng đến hoạt tính xúc tác vẫn làmột thách thức trong nghiên cứu xúc tác zeolite hiện nay

Hình 2.8 Cấu tạo cơ sở của zeolite

 Kích thước ô mạng tinh thể của zeolite Y

Kích thước mạng tinh thể zeolite hay còn gọi là kích thước ô mạng cơ sở(UCS) – là độ dài của ô lập phương cấu tạo nên mạng tinh thể zeolite dạngfaujasite Biết UCS có thể xác định được tỉ lệ Si/Al Do đó UCS còn là đại lượngđặc trưng cho số tâm nhôm, hay số tâm axit của một ô cơ sở

• NAl = 111.(UCS – 24.215)

• NSi = 192 - NAl

UCS sẽ bị thu hẹp khi tiến hành tách nguyên tử Al ra khỏi ô mạng Quá trìnhloại nhôm này là để làm tăng độ bền của cấu trúc tinh thể của zeolite Quá trình loạinhôm giúp loại bớt một số nguyên tử Al ra khỏi mạng tinh thể và thay thế vào đó làcác nguyên tử Silic mà không làm ‘sập’ mạng tinh thể Ở trong môi trường thủy

nhiệt của phân xưởng cracking, zeolite đã được loại bớt nhôm sẽ bền hơn bởi hai lý

 Cấu tạo pha nền

Pha nền chứa từ ít nhất là 2 hợp phần: một là chất kết dính, thông thường làcác oxit tổng hợp như oxit silic, oxit nhôm, aluminosilicat vô định hình ; hai làvật liệu khoáng sét, thường là cao lanh Khoáng sét tạo nên độ bền cơ học của hạtxúc tác có rất ít hoặc không có hoạt tính nhưng lại đóng vai trò tải nhiệt rất tốt Cònoxit tổng hợp có vai trò kết dính các thành phần của xúc tác Để tăng hoạt tính củapha nền, người ta có thể bổ sung vào pha nền một lượng nhôm hoạt tính

Thành phần oxit nhôm bị dehydrat hóa do nung ở nhiệt độ cao sẽ chuyểnthành dạng các dạng thù hình khác, chứa nhóm OH axit (axit Bronsted) cũng nhưcác tâm Lewis với độ mạnh yếu khác nhau Lực axit của oxit nhôm thấp hơn lựcaxit của aluminosilicat

 Chức năng của pha nền

 Chức năng vật lý

- Tác nhân kết dính: chất kết dính đóng vai trò gắn kết các hợp phần trong xúctác RFCC, tạo tính đồng nhất vật lý cho xúc tác Liên kết các tinh thể zeolitetrong hạt xúc tác dạng vi cầu được tạo ra bằng kỹ thuật sấy phun Hạt phải có

độ bền cơ học phù hợp, chịu được sự va đập giữa các hạt và giữa hạt với thành

- Chất tải nhiệt: pha nền đóng vai trò là chất tải nhiệt, tránh xảy ra hiện tượngquá nhiệt cục bộ Do đó cấu trúc tinh thể của zeolite không bị phá vỡ trongquá trình cracking và tái sinh xúc tác.

- Giảm tác động của Na: nhờ khả năng trao đổi ion trong pha rắn mà các ion Natrong zeolite có thể di chuyển từ zeolite đến pha nền làm cho hàm lượng Natrong zeolite giảm đáng kể Ngoài ra đất sét còn là nơi thu giữ kim loại Na từnguyên liệu, làm giảm lượng Na đầu độc xúc tác

di chuyển tiếp tục vào mao quản zeolite để tiếp tục phản ứng

- Cải thiện chất lượng LCO (cho LCO có trị số cetan cao)

- Nâng cao độ bền của xúc tác đối với kim loại Vì pha nền có thể cracking cácphân tử nặng chứa kim loại và liên kết với kim loại (chủ yếu với V), nhờ đóchất nền bảo vệ được cấu trúc tinh thể zeolite trước sự tấn công của vanadi

- Cải thiện độ bền của xúc tác đối với các hợp chất nitơ trong nguyên liệucracking: nhờ đó, zeolite được bảo vệ, không bị ngộ độc (suy giảm hoạt tính)

vì các hợp chất chứa nitơ

- Cải thiện trị số octane do hạn chế sự chuyển dịch hydro

- Tác dụng khác của pha nền: chất nền hoạt động vừ đủ mạnh (chứa nhôm hoạttính hoặc alumino-silicat vô định hình) sẽ giúp tăng hoạt tính và trị số RONtuy nhiên nếu chất nền hoạt động cao sẽ làm tăng hiệu suất khí khô, cốc, C, C;hiệu suất xăng giảm

 Phụ gia

Nhằm nâng cao hiệu suất sản phẩm và giảm ô nhiễm môi trường, các nhà sảnxuất thêm vào trong xúc tác một số chất phụ gia Chất phụ gia có thể ở dạng hạtriêng rẽ hoặc có thể bổ sung vào hợp phần của xúc tác trong quá trình sản xuất Cácloại phụ gia thường dùng cho xúc tác RFCC như phụ gia thúc đẩy quá trình cháy

CO, phụ gia khử SOx, phụ gia bẫy kim loại, phụ gia ZSM-5 để tăng RON và hiệusuất olefin

Bảng 2.4 Thành phần xúc tác RFCC nhà máy lọc dầu Dung Quất hiện nay

2.4.2 Các phản ứng quan trọng trong xúc tác RFCC

Cơ chế và các phản ứng xảy ra trong quá trình cracking xúc tác đã đượ trìnhbày đầy đủ ở chương 1, ở đây chỉ tập trung phân tích 2 phản ứng đặc trưng của loạixúc tác axit zeolite.[1,2,3]

Vai trò của độ axit trong phản ứng cracking thể hiện ở 2 cơ chế chính:

- Hình thành ion trung gian

- Ảnh hưởng lớn đến phản ứng chuyển dịch hydro

2.4.2.1 Phản ứng cracking trên tâm axit

Cơ chế cracking và độ axit của xúc tác liên quan đến sự xuất hiện các hợp chấtion trung gian, mang điện tích dương, gọi là cacbocation Cacbocation xuất hiệntrong quá trình tâm axit hấp phụ một olefin tạo ra sau quá trình cracking sơ cấp.Cacbocation này có thể cấu tạo lại cấu trúc để thình thành cấu trúc nhánh bền vữnghơn