Công nghệ lọc dầu I Nguyễn Thanh Sơn Công nghệ lọc dầu I Nguyễn Thanh Sơn Công nghệ lọc dầu I Nguyễn Thanh Sơn Công nghệ lọc dầu I Nguyễn Thanh Sơn Công nghệ lọc dầu I Nguyễn Thanh Sơn Công nghệ lọc dầu I Nguyễn Thanh Sơn Công nghệ lọc dầu I Nguyễn Thanh Sơn
Cơng nghệ lọc dầu CÁC Q TRÌNH CHUYỂN HĨA DƯỚI TÁC DỤNG CỦA NHIỆT Q TRÌNH GIẢM NHỚT CÁC PHÂN ĐOẠN CẶN Để làm tăng giá trị phân đoạn cặn, q trình chuyển hố nhiệt thay q trình cracking mềm nhằm làm giảm độ nhớt phân đoạn cặn nặng để sử dụng chúng làm chất đốt (có chất lượng sản phẩm thương mại) Đây q trình giảm nhớt Ngun liệu q trình : - Cặn q trình chưng cất khí vận hành chế độ sản xuất tối đa xăng gazole, đảm bảo đặc tính độ nhớt độ ổn định cặn - Cặn q trình chưng cất chân khơng vận hành với mục đích làm giảm đến mức tối đa độ nhớt để sản xuất dầu đốt cơng nghiệp I Cơ sở q trình : I.1 Ngun liệu : Một cách đơn giản xem cặn hệ keo tạo thành từ pha phân tán mixen chứa asphaltène maltène đa nhân thơm có khối lượng phân tử lớn pha liên tục maltène khác Các asphaltène phân tử phức tạp có khối lượng phân tử lớn 1000, có nhiều nhân thơm, có chứa nhiều nhánh mạch thẳng, dị ngun tố (S,N,O) kim loại nặng (Ni,V) Các maltène có khối lượng phân tử thấp asphaltène Chúng tạo thành từ phân tử hydrocacbon (HC) parafin, naphten thơm Chúng chứa dị ngun tố kim loại nặng với hàm lượng thấp I.2 Phản ứng bẻ gãy mạch : Trong q trình giảm nhớt, maltène bị bẻ gãy mạch tạo thành phân tử nhỏ hơn, lượng asphaltène tăng lên phản ứng vòng hố ngưng tụ nhân thơm Các phản ứng bẻ gãy mạch phân tử chế phản ứng HC nhẹ phân đoạn nhẹ (q trình cracking để sản xuất ethylène, propylène, butadiène, benzene…) nghiên cứu nhiều Trong trường hợp cấu tử dầu nặng, ảnh hưởng nhiệt độ lên phản ứng bẻ gãy mạch phân tử chưa biết rõ Tuy nhiên người ta nhận dạng vài phản ứng sau : TS Nguyễn Thanh Sơn Cơng nghệ lọc dầu - Bẻ gãy liên kết C-C HC mạch thẳng paraffine (tạo thành oléfine) alkylaromatique (phản ứng đề alkyl hố) Đây phản ứng sơ cấp - Oligome hố vòng hố tạo thành naphtène từ hợp chất oléfine tạo thành từ phản ứng sơ cấp - Ngưng tụ phân tử mạch vòng tạo thành polyaromatique Ngồi có phản ứng xảy với dị ngun tố asphaltène : - tạo H2S, thiophène, mercaptan - tạo phenol I.3.Cơ chế động học phản ứng : Các phản ứng bẻ gãy mạch phân tử nêu phản ứng dây chuyền xảy theo chế gốc Trên quan điểm động học phản ứng, người ta diễn tả vận tốc phản ứng theo phương trình bậc sau : V = dx ⎛ E ⎞ = k (1 − x ) exp⎜ − ⎟ dt ⎝ RT ⎠ hay k ' t = ln 1− x với x phần khối lượng ngun liệu bị chuyển hố Năng lượng hoạt hố (E) thay đổi theo chất thành phần ngun liệu Ngun liệu E (kJ/mol) Cặn chưng cất khí 315 Cặn chưng cất chân khơng 230 Cặn chưng cất chân khơng tách asphalte 150 Các phản ứng tạo thành asphaltène tạo cốc có lượng hoạt hố từ 250 – 380 kJ/mol Năng lượng hoạt hố lớn nhiệt độ tăng lên II Các thơng số q trình : II.1 Các thơng số vận hành : TS Nguyễn Thanh Sơn Cơng nghệ lọc dầu II.1.1 Nhiệt độ khỏi lò (ts) : Mặc dù phản ứng xảy vùng nhiệt độ tăng ống truyền nhiệt lò đốt nhiệt độ sau khỏi lò xem thơng số vận hành, nhiệt độ nằm khoảng 430 – 490°C tuỳ thuộc vào loại ngun liệu cơng nghệ Nếu sơ đồ cơng nghệ, sau lò đốt có lắp đặt buồng làm nguội (chambre de maturation – soaker) mà phản ứng tiếp diễn, trường hợp nhiệt độ sau khỏi lò chọn theo độ chuyển hố mong muốn : tăng nhiệt độ lên -7°C làm tăng độ chuyển hố lên 1% bị giới hạn kết tủa asphaltène cặn giảm nhớt II.1.2 Lưu lượng ngun liệu : Khi tăng lưu lượng ngun liệu làm giảm thời gian lưu thiết bị phản ứng đồng thời làm biến đổi chế độ chảy ống truyền nhiệt buồng làm nguội Khi lưu lượng tăng lên 10%, muốn giữ ngun độ chuyển hố tăng nhiệt độ sau khỏi lò (ts) lên 3°C để bù trừ hiệu ứng tăng lưu lượng II.1.3 Áp suất : Trong sơ đồ cơng nghệ khơng có buồng làm nguội, áp suất cần vài bars đủ để tránh tượng hố ngun liệu Trong sơ đồ có buồng làm nguội, áp suất chọn cho sản phẩm mong muốn phải trạng thái nhanh khỏi vùng phản ứng, sản phẩm nặng làm nguội trạng thái lỏng Trong thực tế tuỳ thuộc vào loại ngun liệu mà chọn áp suất phù hợp, với cặn nặng (résidu court) áp suất vào khoảng 5-8 bars cặn nhẹ (résidu long) áp suất vào khoảng 10 – 12 bars II.1.4 Phun nước vào ống cấp nhiệt: Phun nước vào ống cấp nhiệt để cải thiện truyền nhiệt ống Q trình làm giảm độ chuyển hố, để bù trừ độ chuyển hố bị giảm tăng nhiệt độ lò II.2 Hiệu suất đặc tính sản phẩm: Trong q trình giảm nhớt, người ta thu sản phẩm: phân đoạn khí (C4-), xăng (C5 – 165°C), gasoil (165 – 350°C) cặn (350°C +) Hiệu suất sản phẩm đặc tính chúng phụ thuộc vào chất ngun liệu độ chuyển hố thu điều kiện vận hành thích hợp TS Nguyễn Thanh Sơn Cơng nghệ lọc dầu Bảng : Hiệu suất điển hình Chế độ vận hành Một giai đoạn, khơng hồi Hai giai đoạn (*), có hồi lưu, khơng làm nguội lưu, khơng làm nguội Loại ngun liệu Résidu court Résidu long d415 1,010 0,978 V50 42,0 34,6 C1 – C4 1,9 3,6 Xăng (C5 – 165°C) 4,1 7,8 Gazole (165 – 350°C) 11,7 25,8 Cặn 350°C + 82,3 62,8 Độ chuyển hố (%) 6,0 11,4 Hiệu suất (% kl) (*) Giảm nhớt cracking nhiệt DSV Bảng : Hiệu suất so với độ chuyển hố Sản phẩm Hiệu suất/độ chuyển hố C4- 0,32 Xăng 0,68 Gazole 2,3 H2S 0,01 % S ngun liệu (*) (*) Giá trị trung bình phụ thuộc vào chất S ngun liệu II.2.1 Độ chuyển hố : Độ chuyển hóa định nghĩa tổng lượng khí (H2S, C4-) xăng so với lượng ngun liệu q trình Người ta xác định giá trị xem xét đến yếu tố : TS Nguyễn Thanh Sơn Cơng nghệ lọc dầu - Bản chất đặc tính ngun liệu - Các đặc trưng q trình (lò đốt có kèm theo buồng làm nguội hay khơng) - Các sản phẩm mong muốn nhận Các yếu tố khơng độc lập với ; với loại ngun liệu cho, người ta phải vận hành q trình cho sản phẩm thu điều kiện tối ưu (lượng cốc tạo thành lò thấp, thời gian dừng để bảo dưỡng phải ngắn, cặn giảm nhớt phải có độ ổn định cao…) Trong thực tế, phân xưởng giảm nhớt, độ chuyển hóa (phụ thuộc theo nguồn gốc ngun liệu) thay đổi từ đến % Trong trường hợp muốn sản xuất lượng gazole cực đại, độ chuyển hóa đạt đến 10 – 12% Loại dầu thơ Độ chuyển hóa (% kl) so với ngun liệu Arabe nặng 6,0 Iran nặng 6,5 Koweit 7,0 Nigeria 7,0 Brent 7,0 Sarin (paraffinique) 4,0 Souedieh (asphalténique) 5,5 Hình : Quan hệ độ chuyển hóa độ ổn định sản phẩm TS Nguyễn Thanh Sơn Cơng nghệ lọc dầu II.2.2 Chất lượng sản phẩm - Phân đoạn khí (C4-) chứa khí trơ (CO, CO2, N2), H2S tạo thành từ q trình chuyển hóa ngun liệu hydrocacbon từ C1 đến C4 Hàm lượng S phân đoạn cao ngun liệu từ 2-5 lần H2S phải loại bỏ q trình xử lý amine trước đưa sử dụng LPG hay khí đốt Phân đoạn HC chứa lượng HC khơng no (éthylène, propylène, butènes) đồng đẳng bão hòa chúng - Xăng (C5 – 165°C) loại nhiên liệu có chất lượng thấp : số octane thấp, hàm lượng oléfin cao (∼ 45%), hàm lượng S lớn (0,2 – 0,5 lần hàm lượng S ngun liệu), có chứa hợp chất nitơ Trong xăng có chứa dioléfin (thơng qua số anhydride maléique, IAM = 10) Khi sử dụng xăng làm ngun liệu cho q trình reforming xúc tác cần phải xử lý hydro - Gazole (165 – 350°C) có số cetane thấp (10 μm ); trạnh hydrocarbone nàûng bàòng cạch bäú trê thiãút bë tạch lng (ngay âáưu vo thạp háúp thủ) v lỉûa chn âiãưu kiãûn lm viãûc thêch håüp Mäüt gii phạp cúi mang TS Nguyễn Thanh Sơn Q trình xử lý khí acide nhà máy lọc dầu 33 chäúng l sỉí dủng tạc nhán ỉïc chãú sỉû tảo bt thỉåìng l huưn ph nỉåïc silicon hồûc rỉåüu cọ nhiãût âäü säi cao 2.6 THIÃÚT BË HÁÚP THỦ Trong sn xút cäng nghiãûp ngỉåìi ta dng nhiãưu thiãút bë khạc âãø thỉûc hiãûn quạ trçnh háúp thủ Tuy nhiãn u cáưu càn bn ca thiãút bë háúp thủ váùn giäng nhau, nghéa l u cáưu bãư màût tiãúp xục pha phi låïn Cạc thiãút bë thỉåìng dng quạ trçnh háúp thủ l: -Thiãút bë loải bãư màût -Thiãút bë loải mng -Thạp âãûm -Thạp âéa -Thiãút bë phun 2.6.1 THIÃÚT BË HÁÚP THỦ BÃƯ MÀÛT Âáy l loải thiãút bë háúp thủ âån gin nháút Trong loải thiãút bë ny khê v lng chuøn âäüng ngỉåüc chiãưu nhau, chụng tiãúp xục våïi trãn bãư màût thoạng ca cháút lng Cạc thiãút bë loải ny thỉåìng âỉåüc làõp näúi tiãúp thnh tỉìng dy, loải ny cọ bãư màût tiãúp xục pha bẹ, thỉåìng dng trỉåìng håüp khê dãù tan lng (nhỉ háúp thủ HCl bàòng nỉåïc) 2.6.2 THIÃÚT BË HÁÚP THỦ LOẢI MNG Dảng ny cọ loải: • Thiãút bë loải äúng: Loải ny cọ cáúu tảo giäúng thiãút bë trao âäøi nhiãût äưng chm Cháút lng chy tỉì trãn xúng theo thnh phêa äúng åí dảng mng, khê âi tỉì dỉåïi lãn tiãúp xục våïi mng cháút lng v thãú quạ trçnh háúp thủ âỉåüc thỉûc hiãûn, âãø láúy nhiãût ta ngỉåìi ta cho nỉåïc lảnh vo khong khäng gian giỉỵa cạc äúng (âỉng kênh äúng tỉì 25-50mm) TS Nguyễn Thanh Sơn Q trình xử lý khí acide nhà máy lọc dầu 34 • Thiãút bë loải mng táúm: Trong thiãút bë ny, cạc táúm kim loải, gäù hay cháút âỉåüc xãúp thàóng âỉïng song song våïi Cháút lng âi tỉì trãn xúng qua bäü pháûn phán phäúi chy thnh mng theo bãư màût cạc táúm, khê âi ngỉåüc chiãưu tỉì dỉåïi lãn *Thiãút bë háúp thủ loải mng cọ nhỉỵng ỉu âiãøm sau âáy: -Tråí lỉûc nh -Váûn täúc cháút lng låïn *V cọ nhỉỵng khuút âiãøm sau: -Hiãûu sút tháúp chiãưu cao låïn -Khọ phán bäú âãưu cháút lng theo äúng hay táúm Thiãút bë loải ny thỉåìng âỉåüc ỉïng dủng âãø chỉng v háúp thủ åí ạp sút chán khäng 2.6.3 THẠP ÂÃÛM Thạp âãûm l mäüt thạp hçnh trủ gäưm nhiãưu âoản näúi våïi bàòng bêch hay hn Trong thạp ngỉåìi ta hay âäø dy âãûm Thạp âãûm âỉåüc ỉïng dủng räüng ri cäng nghãû họa hc âãø háúp thủ hay chỉng luûn Trong thạp âãûm, cháút lng chy tỉì trãn xúng theo bãư màût âãûm v khê âi tỉì dỉọi lãn Cọ hai loải âãûm chênh âỉåüc sỉí dủng: • Âãûm cáúu trục: Âỉåüc tảo thnh tỉì cạc màõt lỉåïi kim loải, cạc lỉåïi âỉåüc ún cong hay âủc läù v sàõp xãúp mäüt cạch cọ tráût tỉû thnh khäúi trủ hay chỉỵ nháût Âãûm ny cọ âàûc trỉng l âäü räùng cao, täøn tháút ạp sút bẹ, nàng sút cao Nhỉng viãûc chãú tảo, làõp âàût, vãû sinh ráút täún kẹm v máút thåìi gian • Âãm khäng cọ cáúu trục: Cọ dảng hçnh vng nháùn, n ngỉûa âỉåüc sàõp xãúp mäüt cạch ngáùu nhiãn nhỉng váùn âm âỉåüc chãú âäü thy âäüng ca låïp âãûm v täøn tháút ạp sút Thạp âãûm cọ nhỉỵng ỉu âiãøm sau: - Hiãûu sút cao bãư màût tiãúp xục låïn - Cáúu tảo âån gin - Tråí lỉûc thạp khäng låïn làõm TS Nguyễn Thanh Sơn Q trình xử lý khí acide nhà máy lọc dầu 35 - Khong lm viãûc tỉång âäúi räüng Nhỉng thạp âãûm cọ nhỉåüc âiãøm quan trng l khọ ỉåït âãưu âãûm Nãúu thạp cao quạ thç phán phäúi cháút lng khäng âãưu Âãø khàõc phủc nhỉåüc âiãøm âọ thç chia âãûm thnh nhiãưu táưng v âàût thãm bäü pháûn phán phäúi cháút lng tỉång ỉïng våïi mäùi táưng âãûm 2.6.4 THẠP ÂÉA Thạp âéa âỉåüc ỉïng dủng nhiãưu cäng nghãû họa hc Trong thạp khê âi qua låïp cháút lng chuøn âäng trãn âéa tỉì trãn xúng dỉåïi ÅÍ thạp âãûm pha tiãúp xục liãn tủc cn thạp âéa sỉû tiãúp xục thỉûc hiãûn åí mäùi báûc riãng biãût Ngỉåìi ta chia thạp âéa cọ äúng chy chuưn v thạp âéa khäng cọ äúng chy chuưn • Thạp âéa cọ äúng chy chuưn: Trong thạp khê âi tỉì dỉåïi lãn qua cạc läù van hay chọp (hồûc lỉåïi) trãn âéa sau âọ sủc vo låïp cháút lng giỉỵ trãn âéa nhåì vạch chy chuưn Dng lng âi tỉì âéa trãn xúng qua vạch chy chuưn âãún vng tiãúp xục pha, sau âọ lải tiãúp tủc âi xúng âéa tiãúp theo qua vạch chy chuưn v quạ trçnh l liãn tủc -Âéa chọp: Thạp gäưm cọ nhiãưu âéa làõp mäüt thán hçnh trủ, mäùi âéa cọ äúng (vạch) chy chuưn, säú äúng (vạch) chy chuưn phủ thüc vo kêch thỉåïc chọp (cọ thãø l mäüt äúng hồûc nhiãưu hån) Loải ny cọ nàng sút khäng cao nhỉng âäü linh âäüng låïn, täøn tháút ạp sút låïn -Âéa lỉåïi: Loải ny cọ cáúu tảo âån gin, r tiãưn nhỉng sỉí dủng ngun liãûu cọ kh nàng àn mn thç dãù lm thay âäøi âỉåìng kênh läù nh hỉåíng tåïi hiãûu sút quạ trçnh Khi lỉåüng håi quạ låïn thç lng khäng thãø chy xúng âỉåüc dãù gáy ngáûp lủt thạp, màût khạc lỉåüng håi nh thç lải lm khä thạp -Âéa van: L âéa trung gian giỉỵa âéa chọp v âéa lỉåïi Âéa van hản chãú âỉåüc hiãûn tỉåüng sàûc (khi váûn täúc håi låïn) v hiãûn tỉåüng mỉa (khi váûn täúc håi nh) Loải ny lm viãûc ty theo váûn täúc ca dng khê, váûn täúc dng khê tàng thç van s måí dáưn cho âãún âảt cỉûc âải, váûn täúc dng khê gim thç van s âọng dáưn khäng cho lng TS Nguyễn Thanh Sơn Q trình xử lý khí acide nhà máy lọc dầu 36 chy xúng trạnh hiãûn tỉåüng khä thạp Trong thạp thç cạc van âỉåüc ci âàût âäü måí theo mäüt váûn täúc khê nháút âënh Âéa van l dảng âỉåüc sỉí dủng nhiãưu cäng nghiãûp họa hc nọi chung v lc họa dáưu nọi riãng • Thạp âéa khäng cọ äúng chy chuưn: Våïi loải ny thç khê v lng chuøn âäüng tỉì âéa ny qua âéa khạc trãn cng mäüt läù (rnh) Hiãûn loải ny êt âỉåüc sỉí dủng vç chãú âäü lm viãûc khäng äøn âënh màûc d cọ hiãûu sút tiãúp xục täút Thỉåìng sỉí dủng u cáưu âỉåìng khênh nh (d